哈工大和加州大學圣地亞哥分校AFM：新型人機界面——眼電信號控制仿生透鏡

人機交互與人機界面是機器人研究的重要領域之一，相關研究成果可以有效的改善殘疾人的運動能力及靈活性，或者增加人的負載能力。隨著近年來軟材料及軟體機器人技術的發展，相較于以硬材料為主的機器人系統，軟體機器人在包括生物醫學、探測救援等在內的很多應用場景中展示了很大的優勢，如生物兼容性好、安全系數高、環境適應性強等，并且可以更容易地集成多種功能。然而，目前關于人機界面的研究大多以傳統機器人為主，關于人與軟體機器人的人機交互的研究比較缺乏。近日，加州大學圣地亞哥分校蔡盛強教授課題組和哈爾濱工業大學冷勁松教授課題組合作在Advanced Functional Materials期刊上發表題為A Biomimetic Soft Lens Controlled by Electrooculographic?Signal的文章，展示了一種人眼與介電彈性體仿生透鏡的新型人機界面。

介電彈性體是一種典型的智能軟材料，能夠在外加電場的作用下產生大的電致變形，具有變形大、響應快等優點，可用作人工肌肉。該論文首先模擬人眼外肌以及睫狀肌的工作原理，設計并制作了一種介電彈性體仿生透鏡，可以在外加電場的控制下實現透鏡焦距的調節（焦距變化率與人的晶狀體相近）以及平移、旋轉等運動。

圖1. 介電彈性體仿生透鏡的結構示意圖及工作原理

隨后通過對眼電信號的采集及眼部動作識別，實現了通過人的眼部動作對仿生透鏡功能的控制：通過兩次眨眼調節透鏡的焦距變化，實現遠景模式和近景模式之間的切換；通過眼睛向各個方向的轉動控制透鏡在相應方向的運動。介電彈性體材料響應快的特點保證透鏡可以迅速跟隨人眼的運動。最后，針對眼部動作識別錯誤產生的非預期響應，論文還給出了通過人眼運動修正系統響應的方法。該研究工作在視覺假體、可調節眼鏡、遠程操控機器人等領域有應用前景。

圖2. 在不同人眼動作的控制下透鏡的成像變化

視頻1

通過眼部動作控制透鏡的平面運動

視頻2

通過眼部動作控制透鏡的平面運動及焦距變化

加州大學圣地亞哥分校蔡盛強教授和哈爾濱工業大學冷勁松教授為論文共同通訊作者，哈爾濱工業大學博士生李金嶸為論文第一作者。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201903762???

本文由哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊供稿。

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