新型紗線基柔性人機交互界面構建成功

集成可穿戴電子設備的智能人機界面對于促進物聯網至關重要。最近，英國曼徹斯特大學劉旭慶博士團隊利用無線通訊技術來串聯輕便的可穿戴手套和機械手臂，成功地實現了柔性人機界面的突破。該項工作創造性的引入了姜黃素分子附著在彈性紗線的外包圍尼龍層上，形成具有高活性的催化分子，為隨后無電沉積的金屬顆粒提供了良好的平臺。由于彈性紗線的內芯未覆蓋金屬涂層，用這種方法所得的導電紗線同時具有高電導率（0.2Ω/cm）和超輕的（1.5mg/cm）的特性，是一種理想的可拉伸傳感器材料。

通過對單根紗線的力學性能和電學性能測試，研究人員發現了各向同性沉積的結構紗線可以承受較高的單軸伸長率（>> 1100%），并且在50%應變下經過5000次連續拉伸-釋放循環后仍保持低電阻率。除了螺旋加載結構帶來的高靈活性外，還可以在外力作用下使用金屬涂層導電層來實現精確的應變傳感功能。更重要的是在力學分析的基礎上，研究人員發現了應變感應響應的大小取決于結構變量，并且與實驗結果良好吻合，展示了界面增強紗線可以作為可穿戴人機界面的潛力。

基于以上討論導電彈性纖維的出色電學和力學的應變基礎上，研究人員利用ECOFLEX（共聚酯）將所制得的導電纖維傳感器材料黏附在棉手套的內側并利用電路控制系進行信號的發射和機械手臂信號的收集來完成人機界面的功能。單根內置傳感器的重量為0.1 克，整個智能手套的重量僅為8.5 克。基于紗線的傳感器感知到人的手指的彎曲/松開運動時，由于附著/拉伸的紗線被拉伸/釋放，因此產生了定量脈沖。在接收電路中，所有5個數字電阻值均由無線通信模塊接收，然后將這些數據轉換為5個數字伺服角度信號。最后，數字伺服信號轉換為針對不同機械手手指的模擬伺服信號。機械手根據各個模擬角度輸入信號將其指定的手指移動到確定的位置，從而使機械手準確地反映了操作員的實際手勢。利用同樣的原理，這套智能可穿戴手套也可以用來控制燈泡的顏色。