论文部分内容阅读
人机交互技术是人工智能中的八大关键技术之一,在人机交互中,人机交互传感器是实现智能识别与智能控制的首要环节和硬件基础。在当前的人机交互设备中,其传感部件主要基于手势等肢体活动以及语音来进行交互。由于一些残疾人不能通过肢体活动和语音清楚地表达他们的意图,这些人机交互方式对这些残疾人不够友好。此外,目前的人机交互传感部件的能量供给依赖于传统的电池,需要频繁地充电或者更换电池。本文基于呼吸驱动的摩擦电纳米发电机,开发了两种基于呼吸的人机交互传感系统。利用摩擦纳米发电机从呼吸的气流中吸收机械能并产生相应的电信号,利用该电信号对电扇、电灯等电器设备进行操控。另外通过呼吸驱动摩擦电纳米发电机产生的电信号输入电子文本。基于呼吸驱动摩擦纳米发电机的人机交互传感器降低了特殊人群使用当代电器设备的门槛,并提供了一种友好的信息表达方式,而且其不需要外部电源持续供电实现了传感器的自驱动。主要研究内容如下:(1)使用具有纳米线结构的聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)聚合物薄膜设计了一种气流驱动的单电极摩擦电纳米发电机。该摩擦电纳米发电机能够从人体呼吸的气流中吸收机械能,并根据正常呼吸或刻意呼吸产生与之相对应的电信号。结合信号处理电路和无线传输电路,进一步开发了基于呼吸的智能无线人机交互系统。相比于依赖感应肢体活动或语言的传统人机交互设备,该系统可以将人体的实时呼吸行为转化为控制信号,用来对电器设备进行有效的无线控制,从而无需依靠肢体活动或语言即可控制电扇、电灯等电器设备。这种基于呼吸的自驱动人机交互传感系统可以为丧失肢体活动和语言功能的特殊人群使用当代电器设备提供极大的方便。(2)结合利用三维(Three dimensional,3D)打印树脂外壳和纸基碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)薄膜设计了一种的全打印的摩擦纳米发电机。通过光固化3D打印技术制备了树脂外部结构,在硫酸盐纸一侧涂布CNT溶液制备了纸基CNT导电薄膜。这种纸基CNT导电薄膜可以在人体呼吸气流的作用下产生相应的电信号。利用3D打印技术在树脂外壳的内部构建了流线形结构,提升了纸基电极的使用寿命和稳定性。基于这种全打印的摩擦纳米发电机开发了基于呼吸的智能无线人机交互系统,利用不同呼吸类型所产生的电信号输入电子文本。这种基于呼吸的自驱动人机交互传感系统为特殊人群提供了一种友好的信息表达方式。