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  隨著科技的不斷進(jìn)步，人機(jī)交互領(lǐng)域?qū)τ诟匀弧⒈憬莸慕换シ绞降男枨笕找嫫惹小鹘y(tǒng)的輸入設(shè)備因存在依賴電源、操作受限或設(shè)備笨重等不足，難以滿足日益增長(zhǎng)的沉浸式交互需求。人類的手部以其高度的靈活性和精準(zhǔn)性，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜多樣的手勢(shì)以及與物體的精細(xì)交互，使其成為人機(jī)交互的理想媒介。因此，開(kāi)發(fā)一種新型的、自供電的、可穿戴的人機(jī)交互設(shè)備具有重要意義。

  近期，太原理工大學(xué)集成電路學(xué)院張虎林教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款自供電水凝膠虛擬交互界面。受藻類極端環(huán)境適應(yīng)機(jī)制的啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)將海藻糖和甘油引入聚乙烯醇（PVA）水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)摻入氯化鋰（LiCl）以增強(qiáng)導(dǎo)電性，最終設(shè)計(jì)出具有優(yōu)異拉伸性、強(qiáng)粘附性和快速自愈合能力的水凝膠（PTGLi）。具有極簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水凝膠可以保形地粘附在手部以實(shí)現(xiàn)可穿戴性。利用熱電效應(yīng)和主動(dòng)壓阻效應(yīng)的協(xié)同耦合，通過(guò)其對(duì)體溫的固有響應(yīng)以及在機(jī)械應(yīng)變下的實(shí)時(shí)壓阻調(diào)制，將動(dòng)態(tài)手勢(shì)轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自供電傳感。結(jié)合深度學(xué)習(xí)該界面可實(shí)現(xiàn)多種交互任務(wù)，例如手語(yǔ)識(shí)別、鍵盤文本輸入和鼠標(biāo)控制等，且特定任務(wù)的準(zhǔn)確率超過(guò)96%，為具身交互領(lǐng)域提供了一種經(jīng)濟(jì)、高效且極具創(chuàng)新性的解決方案。該工作以“Self-powered versatile on-hand virtual interface enabled by thermogalvanic hydrogel”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》（IF=13.4）。太原理工大學(xué)碩士生魏瑞鑫為第一作者，通訊作者為太原理工大學(xué)張虎林教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山西省科技合作與交流專項(xiàng)和山西省研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的支持。

圖1. 基于水凝膠虛擬界面的示意圖和多樣化應(yīng)用

圖2. 水凝膠的機(jī)械性能、粘附性、自愈合性、透明度和抗凍性

圖3. 水凝膠的動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感性能

圖4. 自供電多功能手部虛擬界面

  該成果是張虎林教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于凝膠熱電器件研究的最新進(jìn)展之一，這項(xiàng)工作構(gòu)想了深度學(xué)習(xí)輔助的熱電凝膠在具身交互中的廣闊前景。自2021年以來(lái)，張虎林教授團(tuán)隊(duì)制備了一系列基于不同聚合物網(wǎng)絡(luò)和氧化還原對(duì)的熱電凝膠可穿戴器件，并致力于開(kāi)拓凝膠器件在人體健康監(jiān)測(cè)和信息交互領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，取得了一系列重要研究成果，具體詳見(jiàn)：

https://cic.tyut.edu.cn/info/1893/9257.htm

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167739