哈工大和加州大学圣地亚哥分校AFM：新型人机界面——眼电信号控制仿生透镜

人机交互与人机界面是机器人研究的重要领域之一，相关研究成果可以有效的改善残疾人的运动能力及灵活性，或者增加人的负载能力。随着近年来软材料及软体机器人技术的发展，相较于以硬材料为主的机器人系统，软体机器人在包括生物医学、探测救援等在内的很多应用场景中展示了很大的优势，如生物兼容性好、安全系数高、环境适应性强等，并且可以更容易地集成多种功能。然而，目前关于人机界面的研究大多以传统机器人为主，关于人与软体机器人的人机交互的研究比较缺乏。近日，加州大学圣地亚哥分校蔡盛强教授课题组和哈尔滨工业大学冷劲松教授课题组合作在Advanced Functional Materials期刊上发表题为A Biomimetic Soft Lens Controlled by Electrooculographic Signal的文章，展示了一种人眼与介电弹性体仿生透镜的新型人机界面。

介电弹性体是一种典型的智能软材料，能够在外加电场的作用下产生大的电致变形，具有变形大、响应快等优点，可用作人工肌肉。该论文首先模拟人眼外肌以及睫状肌的工作原理，设计并制作了一种介电弹性体仿生透镜，可以在外加电场的控制下实现透镜焦距的调节（焦距变化率与人的晶状体相近）以及平移、旋转等运动。

图1. 介电弹性体仿生透镜的结构示意图及工作原理

随后通过对眼电信号的采集及眼部动作识别，实现了通过人的眼部动作对仿生透镜功能的控制：通过两次眨眼调节透镜的焦距变化，实现远景模式和近景模式之间的切换；通过眼睛向各个方向的转动控制透镜在相应方向的运动。介电弹性体材料响应快的特点保证透镜可以迅速跟随人眼的运动。最后，针对眼部动作识别错误产生的非预期响应，论文还给出了通过人眼运动修正系统响应的方法。该研究工作在视觉假体、可调节眼镜、远程操控机器人等领域有应用前景。

图2. 在不同人眼动作的控制下透镜的成像变化

视频1

通过眼部动作控制透镜的平面运动

视频2

通过眼部动作控制透镜的平面运动及焦距变化

加州大学圣地亚哥分校蔡盛强教授和哈尔滨工业大学冷劲松教授为论文共同通讯作者，哈尔滨工业大学博士生李金嵘为论文第一作者。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201903762   

本文由哈尔滨工业大学冷劲松教授团队供稿。

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