喷涂式智能皮肤利用人工智能快速解读手部任务
一种创新型电活性智能皮肤可以迅速破译打字、手语，甚至在数据有限的情况下从人的手部动作中解读出一个熟悉物体的形状。
Image: Spray-on sensory system which consists of printed, bio-compatible nanomesh directly connected with wireless Bluetooth module and further trained through meta-learning
Credit: Kyun Kyu “Richard” Kim, Bao Group, Stanford U.
By Andrew Myers
斯坦福大学开发的一种新的智能皮肤可能预示着有一天人们会在隐形键盘上打字、仅通过触摸来识别物体，或者让用户在沉浸式环境中通过手势与应用程序进行交流。
《自然电子学》杂志最新发表了一篇论文，研究人员在文中描述了一种新型可拉伸生物相容性材料，人们可以将它喷在手背上，就像喷美黑喷雾一样。网状物中集成了一个微小的电子网络，当皮肤伸展和弯曲时，它可以感知到相应的动作。此外，研究人员还可以利用人工智能技术从手部动作和手势中解读出无数的日常任务。研究人员说，它可以在游戏、体育、远程医疗和机器人等广泛领域中得到应用并产生影响。
截至目前，研究人员们已经积极探索了几种潜在方法，如使用腕带或可穿戴手套测量肌肉电活动，以实现各种手部任务和手势。然而，这些设备都很笨重，因为需要多个传感组件来确定每个关节的运动。此外，每个用户和任务都需要收集大量的数据以训练算法。这些问题使人们很难将这些设备作为日常使用的电子产品。
这项研究成果是首个具有实用性的方法，它在形式上足够精简，在功能上足够灵活，基本上适用于任何用户——即使是在数据有限的情况下。目前的技术需要多个传感器组件来读取手指每个关节的运动，所以整体设备会变得很笨重。新设备还采用了一种更为精简的软件，以便更加迅速地学习人体运动趋势。这样的精度对其在虚拟现实中的应用十分关键，只有这样用户才能感受到运动的细节，获得更真实的体验。
这项创新是一种表层覆盖了聚氨酯的可喷涂式电敏网状物。聚氨酯是一种用于制造滑板轮和保护硬木地板不受损害的材料，不仅耐用还具有很好的延展性。该网状物由数百万个涂有黄金的银制纳米线组成，它们相互连接，形成动态的电通路。这种网状物具有电活性、生物相容性、透气性，除非用肥皂和水进行擦拭，否则会一直停留在皮肤表面。它与每个用户手指上的皱纹和褶皱紧密结合在一起。此外，该网状物上还连接了一个轻量级的蓝牙模块，用以无线传输信号变化。
“随着手指的弯曲和扭动，网状物中的纳米线被挤压在一起并被撑开，改变了网状物的导电性。这些变化可以被测量和分析，以准确地告诉我们一只手、一个手指或一个关节是如何移动的，”化学工程系教授和该研究的资深作者鲍振南解释说。
研究人员选择了一种直接喷涂在皮肤上的方法，这样就可以在没有培养基的情况下支持网状物。这一关键的工程决定消除了不必要的运动伪差，并使他们能够使用单一的导电网迹来生成手指的多关节信息。
eWEAR-TCCI科学写作奖是由斯坦福大学可穿戴电子技术倡议（eWEAR）发起的一个项目，并得到了eWEAR工业联盟计划成员盛大集团和天桥脑科学研究院（TCCI®）大力资助。