編者按

近日，廈門大學電子科學與技術(shù)學院廖新勤/陳忠團隊在新型觸覺交互器件研究取得重要進展，相關(guān)成果以“In-Sensor Tactile Fusion and Logic for Accurate Intention Recognition”為題發(fā)表于國際期刊 Advanced Materials上。

研究背景

觸控意圖識別是人機交互發(fā)展的重要方向，觸覺傳感器是觸控動作量化與交互意圖識別的關(guān)鍵樞紐器件。其中，位置與壓力信息是刻畫觸控行為的關(guān)鍵觸覺特征。兩者的協(xié)同才能全面且準確地傳遞用戶的觸控交互意圖，對智能控制、運動監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實交互等具有重要調(diào)節(jié)與指導意義。然而，現(xiàn)有的陣列式觸覺傳感器往往涉及多種功能模塊與控制電路的組合，造成了系統(tǒng)復雜性、軟硬件冗余、感知特征離散化等問題。感知結(jié)構(gòu)創(chuàng)新有望成為克服這些問題的有效策略。如何通過建立可控的結(jié)構(gòu)-特征關(guān)系，誘導傳感器內(nèi)的觸覺特征融合與解碼，從而突破結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)簡化與高精度感知間的矛盾，是推動意圖驅(qū)動的人機交互新形式發(fā)展的重要科學問題。

研究內(nèi)容

在該工作中，研究團隊提出了一種用于位置和壓力識別的智能觸覺傳感器，通過傳感器內(nèi)觸覺位置和壓力特征信息的融合、微分與解碼，實現(xiàn)了高效、高分辨率的觸控意圖識別與人機交互應(yīng)用。其采用創(chuàng)新功能分層電拓撲結(jié)構(gòu)，通過導電材料與異質(zhì)柔性基底復合，實現(xiàn)了多種感知功能的協(xié)同，進而顯著減少了不同功能單元間的異構(gòu)連接與感知冗余數(shù)據(jù)。對類似融合感知結(jié)構(gòu)進行了建模與分析，深入研究了特征融合感知模態(tài)間的協(xié)同-約束效應(yīng)，指導傳感性能與材料參數(shù)間的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系平衡最優(yōu)化。該觸覺傳感器基于厘米級的器件加工設(shè)計工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)百微米級的精確位置分辨率和連續(xù)的觸覺特征感知，減少了對微加工工藝的依賴。通過位置與壓力信息的協(xié)同，研究團隊探索了其用于高效的虛擬場景控制、觸覺邏輯電路及雙因素密碼系統(tǒng)。進一步地，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增強了對復雜動作的識別能力，實現(xiàn)了在智能交互場景的多級應(yīng)用。

觸覺傳感器在加密系統(tǒng)和智能交互應(yīng)用展示

研究相關(guān)

廈門大學為該文章的第一署名單位，該項研究工作是在陳忠教授與廖新勤副教授共同指導下完成，新加坡南洋理工大學鄭元謹教授（卓越集成電路設(shè)計中心主任）和北京科技大學廖慶亮教授（長江學者特聘教授、院長）提供重要支持幫助，電子學院2022級博士生黃梓健為論文第一作者，于世凡、許奕晶、曹智誠等學生參與了該項目研究。研究工作得到了國家自然科學基金項目、福廈泉國家自主創(chuàng)新示范區(qū)合作項目、福建省自然科學基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費和新金屬材料國家重點實驗室開放課題等資助。