中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
智能手套作為一種在人機交互界面以及便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域應用前景極大的新型器件，近年來(lái)受到國內外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注?，F有手勢識別傳感器大多依靠集成壓力傳感元件的方式實(shí)現接觸式手勢識別，或通過(guò)拉伸傳感單元實(shí)現彎曲識別。這不僅使識別準確度受制于傳感單元個(gè)數，更導致智能手套的交互體驗難以提升。
近日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院張海霞教授課題組研制出一種新型的基于織物的自驅動(dòng)非接觸式智能手套。它結合摩擦起電原理與空間靜電感應效應，利用四個(gè)電極即可達到0.48 mm的平均一維分辨率。與此同時(shí)，該智能手套能夠檢測垂直距離不超過(guò)5 cm的帶電體在感應電極傳感范圍內的運動(dòng)，因此實(shí)現了非接觸式手勢識別。相關(guān)研究成果以《應用于手勢識別的基于織物的自驅動(dòng)非接觸式智能手套》（Fabric-Based Self-Powered Noncontact Smart Gloves for Gesture Recognition）為題，于2018年9月被材料科學(xué)領(lǐng)域重要期刊《材料化學(xué)期刊A》（Journal of Materials Chemistry A）接收；信息學(xué)院2014級本科生吳瀚翔為第一作者，張海霞教授為通訊作者。
不同于傳統智能手套基于傳感單元陣列實(shí)現對于壓力、拉伸等物理量的數字式傳感，該模擬智能手套利用預起電過(guò)程中積累于帶電體表面的電荷，根據空間位移造成的靜電勢變化在電極上所產(chǎn)生的感應電流，通過(guò)計算多個(gè)電極電壓的相對大小實(shí)現雙方向一維位移的定位。由于利用摩擦表面自主產(chǎn)生的摩擦電荷，該智能手套實(shí)現了完全的自驅動(dòng)傳感；又由于模擬定位方法的運用，只需四個(gè)電極即可實(shí)現一維高精度定位，相較于傳統數字式傳感器極大降低了電極數量；空間靜電感應原理使得目標物體的位移可脫離智能手套所在平面，解決了壓力傳感器帶來(lái)的交互體驗不足，以及拉伸傳感器阻礙手勢等問(wèn)題。該智能手套通過(guò)使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）包覆的纖維織物作為摩擦面，提高了電荷密度和信噪比；此外，使用浸涂碳納米管（CNT）的棉布作為感應電極，使智能手套全部基于織物，因此具有良好的柔性與皮膚適應性。
上述研究工作得到國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等支持，在解決智能手套的供能問(wèn)題、增強手勢識別傳感器的分辨率以及增加作為人機交互界面的使用體驗方面取得了重要突破。
