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有一款智能传感器,可以直接贴在皮肤上控制移动设备

无需手机和智能手表,直接拿皮肤当触控屏,这个常常出现在科幻电影里的场景,越来越可能成为现实。

无需手机和智能手表,直接拿皮肤当触控屏,这个常常出现在科幻电影里的场景,越来越可能成为现实。

近日,德国萨尔大学发明了一款人造皮肤智能传感器,一种被称为“多点触控皮肤”(Multi-Touch Skin )的材料可以通过喷墨打印机印刷在 PET 塑料薄底上,再将其贴到身体的任何部位,人就可以通过这个人造皮肤直接控制移动设备,譬如切歌或者发短信,就跟手机的触控屏差不多。

这个传感器的结构也和智能手机的触控屏相似,由两层纵横堆叠成网格中的电极组成,其交叉处的电容不断被测量。当手指触摸传感器时,因手指导电,所以电容会减小。目前,它的每一块皮肤都通过硬导线连接到一个触控芯片上,而这个芯片又与一台树莓派 zero(Raspberry Pi Zero)微型计算机相连,后者由一块小电池驱动。当芯片检测到电容的变化时,就会将其映射到某几个触控位置。

用贴纸或纹身来做触控屏,并不新鲜。这个智能传感器的最大亮点在于,它是第一个高分辨率多点触控传感器,也就是说,它可辨别两个或两个以上手指的触控讯息。

此前,红外接近传感器、深度照相机或鱼眼相机等设备已经利用了光敏传感器来做触控屏,声纳或雷达技术也被应用于感知手指移动。但这些技术只能辨别单个触控讯息,而且分辨率很低。虽然移动设备中已经广泛应用了电容传感器,可以进行高分辨率多点触控,但这些传感器通常使用了刚性的电子器件,不适应于弯曲、灵活的人体表面。所以,一直以来,在皮肤上触控的电容传感器也仅限于单电容传感。这款多点触控皮肤传感器用互容矩阵传感取代了通常的自电容传感,使得可伸缩和高分辨率多点触控成为可能。

此外,由于多点触控皮肤传感器非常薄,直接贴在皮肤上,所以使用者身体的电容效应会产生寄生噪声,干扰传感器。因此,传感器底部还添加了一个屏蔽层。出于以上考量,传感器选用银作为导体,PET 塑料作为衬底,并用 PVC 塑料作为电极之间的绝缘材料,以避免对使用者的皮肤造成影响。使用喷墨印刷机打印传感器也将打印时间最快缩短到了一分钟以内。

虽然并不是首例,但这款多点触控皮肤传感器的形状可以自由设计,贴到身体的任何部位,也是它的亮点之一。研究者们开发了一个软件,可以设计自己想要的皮肤传感器形状,然后计算出这个形状下需要将电极的形状和位置设计成啥样,最后再将传感器打印出来。研究人员 Aditya Shekhar Nittala 说:“为了让我们能够真正使用身体所有部位做传感器,我们必须使传感器摆脱矩形形状。”

目前,研究人员已经创造了四个不同的触控接口,手腕处的可以控制 LED 灯,两指旋转可改变 LED 灯的颜色,滑动则可控制灯泡的亮度;耳后的接口,上下滑动可以改变音量,左右滑动则是切歌,轻触可以暂停播放;前臂处的则可以发送短信,手掌处可以接电话。

这项研究 4 月 26 日在加拿大蒙特利尔举行的国际会议上发表,目前尚不清楚这项技术是否会投入商用。但研究团队在论文中写道,传感器在关节处会因弯曲而变形,该传感器在多大程度上能承受如此强烈和反复的变形,以及这是否会影响功能,还有待正式研究,他们希望进一步研究用皮肤做传感器的技术。

不过想把皮肤变成触控屏的研究团队和公司并不少。2016 年,美国麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)就与微软研究院(Microsoft Research)合作研发出了一种名为 DuoSkin的“电子文身术”,将这种仿制金箔贴纸贴在皮肤上后,皮肤就变成了触控屏,可远程控制智能手机等设备,或者通过 NFC 传输数据。

不少团队还在研究如何用投影技术将皮肤变成触控屏。譬如,不久前,卡内基梅隆大学的研究人员就做了一款内置投影仪的智能手表原型机,这款手机叫 LumiWatch,可以将佩戴者的手臂皮肤变成一块触摸屏。

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