一種尖端的石墨烯傳感器的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了一種界面的產(chǎn)生，該界面能夠僅用思想就能準(zhǔn)確地控制機(jī)器人。這一發(fā)展不僅對(duì)醫(yī)療保健，而且對(duì)一系列其他行業(yè)都有積極意義。腦機(jī)接口（BMIs）允許一個(gè)人使用其腦電波來(lái)操作一個(gè)設(shè)備。作為免提和免聲接口，BMIs在機(jī)器人、仿生假肢和自動(dòng)駕駛汽車方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

一個(gè)BMI通常由三個(gè)模塊組成：一個(gè)外部感官刺激、一個(gè)傳感接口和一個(gè)處理神經(jīng)信號(hào)的單元。在這三個(gè)模塊中，傳感接口至關(guān)重要，因?yàn)樗軝z測(cè)到大腦最外層——大腦皮層產(chǎn)生的電活動(dòng)，而大腦皮層負(fù)責(zé)更高層次的過(guò)程，包括運(yùn)動(dòng)功能。

但視覺(jué)皮層才是大腦皮層中接收和處理從眼睛發(fā)出的信息的部分，它是依賴視覺(jué)刺激的BMI的關(guān)鍵。視覺(jué)皮層位于大腦的最后面的枕葉。

(相關(guān)資料圖)

腦電波是通過(guò)可植入或可穿戴的傳感器獲取的，如腦電圖（EEG）電極。在后腦勺使用EEG電極和其他非侵入性生物傳感器的問(wèn)題是，這是一個(gè)通常被頭發(fā)覆蓋的區(qū)域。

濕式傳感器依靠在頭皮和頭發(fā)上使用導(dǎo)電凝膠，但這可能會(huì)導(dǎo)致傳感器在個(gè)人行動(dòng)時(shí)移動(dòng)。干式傳感器可以作為一種替代方法，但它們也有挑戰(zhàn)；它們的導(dǎo)電性比濕式傳感器差，而且，鑒于頭部的圓形，它們可能會(huì)遇到保持充分接觸的困難。

悉尼科技大學(xué)（UTS）的研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)一種含有石墨烯的干式生物傳感器來(lái)解決這些問(wèn)題。石墨烯是一種一原子厚的碳原子層，以六邊形晶格排列，是人頭發(fā)厚度的千分之一。

鑒于石墨烯的薄度和高導(dǎo)電性，它是創(chuàng)建干式生物傳感器的最佳材料。它還能抗腐蝕和抗汗水的影響，使其非常適合在頭部使用。

研究人員發(fā)現(xiàn)，將石墨烯與硅結(jié)合在一起產(chǎn)生了一種更堅(jiān)固的干式傳感器。他們開(kāi)發(fā)的傳感器上的石墨烯層的厚度不到1納米。

該研究的通訊作者Francesca Iacopi說(shuō)：“通過(guò)使用尖端的石墨烯材料，結(jié)合硅，我們能夠克服腐蝕、耐久性和皮膚接觸阻力等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出可穿戴的干式傳感器?！?/p>

研究人員對(duì)不同的傳感器圖案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，包括正方形、六邊形、柱形和圓點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)六邊形圖案的傳感器產(chǎn)生了最低的皮膚阻抗。然后他們用BMI測(cè)試了他們的新傳感器。

六角形圖案的傳感器被放置在后腦勺的頭皮上，以檢測(cè)來(lái)自視覺(jué)皮層的腦電波，用戶戴上顯示白色方塊的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）鏡片。通過(guò)專注于一個(gè)特定的方塊，產(chǎn)生的腦電波被生物傳感器接收到。然后一個(gè)解碼器將該信號(hào)翻譯成命令。

“我們的技術(shù)可以在兩秒鐘內(nèi)發(fā)出至少9個(gè)指令，”該研究的共同作者Chin-Teng Lin說(shuō)，“這意味著我們有9種不同的命令，操作者可以在該時(shí)間段內(nèi)從這9種命令中選擇一種?！?/p>

澳大利亞陸軍士兵對(duì)石墨烯傳感器BMI進(jìn)行了現(xiàn)實(shí)世界的測(cè)試，用它來(lái)控制一只四條腿的機(jī)器狗。該設(shè)備允許免提指揮機(jī)器人，準(zhǔn)確率高達(dá)94%。

Iacopi說(shuō)：“這種免提、無(wú)聲技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境之外，隨時(shí)隨地都可以使用。它使控制臺(tái)、鍵盤、觸摸屏和手勢(shì)識(shí)別等界面變得多余。”

然而，研究人員不認(rèn)為這是他們?cè)O(shè)計(jì)的最終迭代。還需要進(jìn)一步的研究和測(cè)試，以便在總的可用石墨烯面積、適應(yīng)頭發(fā)存在的能力以及保持傳感器與頭皮接觸的能力之間取得平衡。

但這是朝著實(shí)用技術(shù)邁出的有希望的一步，該技術(shù)可能對(duì)殘疾人操作輪椅或假肢大有好處，并在先進(jìn)制造業(yè)、國(guó)防和航空航天領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。

該研究發(fā)表在《ACS應(yīng)用納米材料》雜志上。

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