下载APP新的石墨烯传感器可实现更好的脑机界面2023-03-2815:53中国

新的石墨烯传感器可实现更好的脑机界面

2023-03-28 15:53 中国航空报

一种尖端的石墨烯传感器的开发实现了一种界面的产生，该界面能够仅用思想就能准确地控制机器人。这一发展不仅对医疗保健，而且对一系列其他行业都有积极意义。脑机接口（BMIs）允许一个人使用其脑电波来操作一个设备。作为免提和免声接口，BMIs在机器人、仿生假肢和自动驾驶汽车方面具有巨大的应用潜力。

一个BMI通常由三个模块组成：一个外部感官刺激、一个传感接口和一个处理神经信号的单元。在这三个模块中，传感接口至关重要，因为它能检测到大脑最外层——大脑皮层产生的电活动，而大脑皮层负责更高层次的过程，包括运动功能。

但视觉皮层才是大脑皮层中接收和处理从眼睛发出的信息的部分，它是依赖视觉刺激的BMI的关键。视觉皮层位于大脑的最后面的枕叶。

脑电波是通过可植入或可穿戴的传感器获取的，如脑电图（EEG）电极。在后脑勺使用EEG电极和其他非侵入性生物传感器的问题是，这是一个通常被头发覆盖的区域。

湿式传感器依靠在头皮和头发上使用导电凝胶，但这可能会导致传感器在个人行动时移动。干式传感器可以作为一种替代方法，但它们也有挑战；它们的导电性比湿式传感器差，而且，鉴于头部的圆形，它们可能会遇到保持充分接触的困难。

悉尼科技大学（UTS）的研究人员通过开发一种含有石墨烯的干式生物传感器来解决这些问题。石墨烯是一种一原子厚的碳原子层，以六边形晶格排列，是人头发厚度的千分之一。

鉴于石墨烯的薄度和高导电性，它是创建干式生物传感器的最佳材料。它还能抗腐蚀和抗汗水的影响，使其非常适合在头部使用。

研究人员发现，将石墨烯与硅结合在一起产生了一种更坚固的干式传感器。他们开发的传感器上的石墨烯层的厚度不到1纳米。

该研究的通讯作者Francesca Iacopi说：“通过使用尖端的石墨烯材料，结合硅，我们能够克服腐蚀、耐久性和皮肤接触阻力等问题，开发出可穿戴的干式传感器。”

研究人员对不同的传感器图案进行了实验，包括正方形、六边形、柱形和圆点，并发现六边形图案的传感器产生了最低的皮肤阻抗。然后他们用BMI测试了他们的新传感器。

六角形图案的传感器被放置在后脑勺的头皮上，以检测来自视觉皮层的脑电波，用户戴上显示白色方块的增强现实（AR）镜片。通过专注于一个特定的方块，产生的脑电波被生物传感器接收到。然后一个解码器将该信号翻译成命令。

“我们的技术可以在两秒钟内发出至少9个指令，”该研究的共同作者Chin-Teng Lin说，“这意味着我们有9种不同的命令，操作者可以在该时间段内从这9种命令中选择一种。”

澳大利亚陆军士兵对石墨烯传感器BMI进行了现实世界的测试，用它来控制一只四条腿的机器狗。该设备允许免提指挥机器人，准确率高达94%。

Iacopi说：“这种免提、无声技术在实验室环境之外，随时随地都可以使用。它使控制台、键盘、触摸屏和手势识别等界面变得多余。”

然而，研究人员不认为这是他们设计的最终迭代。还需要进一步的研究和测试，以便在总的可用石墨烯面积、适应头发存在的能力以及保持传感器与头皮接触的能力之间取得平衡。

但这是朝着实用技术迈出的有希望的一步，该技术可能对残疾人操作轮椅或假肢大有好处，并在先进制造业、国防和航空航天领域有更广泛的应用。

该研究发表在《ACS应用纳米材料》杂志上。 

责任编辑：intern