新型纱线基柔性人机交互界面构建成功

集成可穿戴电子设备的智能人机界面对于促进物联网至关重要。最近，英国曼彻斯特大学刘旭庆博士团队利用无线通讯技术来串联轻便的可穿戴手套和机械手臂，成功地实现了柔性人机界面的突破。该项工作创造性的引入了姜黄素分子附着在弹性纱线的外包围尼龙层上，形成具有高活性的催化分子，为随后无电沉积的金属颗粒提供了良好的平台。由于弹性纱线的内芯未覆盖金属涂层，用这种方法所得的导电纱线同时具有高电导率（0.2Ω/cm）和超轻的（1.5mg/cm）的特性，是一种理想的可拉伸传感器材料。

通过对单根纱线的力学性能和电学性能测试，研究人员发现了各向同性沉积的结构纱线可以承受较高的单轴伸长率（>> 1100%），并且在50%应变下经过5000次连续拉伸-释放循环后仍保持低电阻率。除了螺旋加载结构带来的高灵活性外，还可以在外力作用下使用金属涂层导电层来实现精确的应变传感功能。更重要的是在力学分析的基础上，研究人员发现了应变感应响应的大小取决于结构变量，并且与实验结果良好吻合，展示了界面增强纱线可以作为可穿戴人机界面的潜力。

基于以上讨论导电弹性纤维的出色电学和力学的应变基础上，研究人员利用ECOFLEX（共聚酯）将所制得的导电纤维传感器材料黏附在棉手套的内侧并利用电路控制系进行信号的发射和机械手臂信号的收集来完成人机界面的功能。单根内置传感器的重量为0.1 克，整个智能手套的重量仅为8.5 克。基于纱线的传感器感知到人的手指的弯曲/松开运动时，由于附着/拉伸的纱线被拉伸/释放，因此产生了定量脉冲。在接收电路中，所有5个数字电阻值均由无线通信模块接收，然后将这些数据转换为5个数字伺服角度信号。最后，数字伺服信号转换为针对不同机械手手指的模拟伺服信号。机械手根据各个模拟角度输入信号将其指定的手指移动到确定的位置，从而使机械手准确地反映了操作员的实际手势。利用同样的原理，这套智能可穿戴手套也可以用来控制灯泡的颜色。