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  靈活的傳感器、友好的交互界面在新型人機交互研究和智能設(shè)備開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。然而在設(shè)計以人為中心的具有方便且高效的自然交互界面仍然面臨著重大挑戰(zhàn)。近日，華中科技大學(xué)陶光明教授團隊在Nature Communications期刊發(fā)表的題為“Imperceptible, designable, and scalable braided electronic cord”的研究論文，提出了一種具有無感化、可設(shè)計、可工業(yè)量產(chǎn)的編織電子繩，并實現(xiàn)具有無感化的人機交互界面。該編織電子繩是一種小型化柔性紡織品，其外觀與自然紡織品無異。為實現(xiàn)高精度交互，本文設(shè)計了一種多特征融合算法，其可以實現(xiàn)在編織電子繩上精準(zhǔn)識別觸摸位置、觸摸區(qū)域以及觸摸手勢的動作。識別的結(jié)果被反饋到各種交互式終端，不同的交互功能展示了繩結(jié)形態(tài)的設(shè)計多樣性和應(yīng)用多樣性。編織電子繩具有用戶友好性、優(yōu)異的耐用性和豐富的交互模式，有望促進未來人機一體化的發(fā)展。

  繩子作為人類使用的最古老的材料之一，是最強大的工具之一，也是最被忽視的工具。在1956年出版的《馬林斯派克水手》（The Marlinspike Sailor）一書中，海洋插圖畫家赫維?史密斯（Hervey Garrett Smith）曾寫道，繩子“可能是人類最了不起的發(fā)明”。一束纖維也許看似做不了什么事，但是，當(dāng)纖維紡成紗線、紗線擰成股線、股線編成繩子或繩索時，就會變得強大而靈活，創(chuàng)造出無限的可能性。從縫制衣物，到連接、綁結(jié)各種物體，一根繩線或繩索有許多的用途，很難想象一個沒有某種形式的繩子或繩索來完成諸多任務(wù)的人類文化。

圖1編織電子繩的工業(yè)制造過程概述

圖2 編織電子繩的性能表征

圖3 基于編織電子繩的人機交互系統(tǒng)

  基于編織電子繩的交互系統(tǒng)采用多特征融合算法，如圖3所示，可以識別編織電子繩的不同位置、不同接觸區(qū)域以及在單個編織電子繩上執(zhí)行的不同動作的手勢，且具有較高的交互準(zhǔn)確率（96%）。

  得益于繩的細(xì)直徑，柔軟，一維形態(tài)的特點，如圖4所示，基于編織電子繩的交互系統(tǒng)有多種設(shè)計策略，例如以發(fā)繩、手環(huán)、樂器、枕頭等形態(tài)融入生活。編織電子繩可集成于發(fā)辮中實現(xiàn)音樂播放器的播放、切歌、暫停、調(diào)節(jié)音量等功能。

圖4 基于編織電子繩的智能交互應(yīng)用場景

觸控枕頭

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34918-x 

通信作者簡介

  陶光明，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心和材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，致力于研究纖維光電子學(xué)的交叉學(xué)科研究工作，在Science等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文超80篇，擁有已授權(quán)國際/國內(nèi)發(fā)明專利35項、申請國家發(fā)明專利45項。陶教授任中國材料研究學(xué)會纖維材料改性與復(fù)合技術(shù)分會理事會副主任、中國光學(xué)學(xué)會紅外與光電器件專業(yè)委員會委員、Advanced Fiber Materials期刊副主編、《激光與光電子學(xué)進展》編委、《紡織學(xué)報》編委、中國奧林匹克委員會備戰(zhàn)巴黎奧運會科學(xué)顧問、湖北省拳擊協(xié)會發(fā)起人和副會長等。陶教授所帶領(lǐng)的科研團隊圍繞著產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新關(guān)鍵問題，創(chuàng)建了世界上首條光學(xué)超材料織物器件生產(chǎn)線，成果入選“2021年中國光學(xué)十大進展”、入選“2021 中國光學(xué)領(lǐng)域十大社會影響力事件(Light10)”，入選“2021年度中國科學(xué)十大進展”候選項目等，科研工作詳見：http://fibers.wnlo.hust.edu.cn/。