可穿戴人机界面设备 HMI 可用于控制机器、计算机、音乐播放器和其他系统。传统 HMI 面临的挑战是人体皮肤上存在汗水。
近日，加州大学洛杉矶分校的科学家开发了一种可拉伸、廉价和防水的 HMI。该设备基于软磁弹性传感器阵列，可将手指按压产生的机械压力转换为电信号。
(左)磁弹性传感器阵列的照片，它符合人体皮肤，即使暴露在液体中也能正常工作。它可以与音乐扬声器的命令组件交互：播放、暂停、下一个和上一个。(右二)自供电磁弹性传感器阵列可滚动和可拉伸。图片来源：加州大学洛杉矶分校的 Jun Chen 研究小组
该设备包括两个主要组件。第一个组件是将机械运动转换为磁响应的层。它由一组多孔硅胶基质中的微磁体组成，可以将温和的指尖压力转换为磁场变化。
第二个组件是由图案化的液态金属线圈组成的磁感应层。这些线圈响应磁场变化并通过电磁感应现象发电。
“由于材料的柔韧性和耐用性，磁弹性传感器阵列可以在诸如滚动、折叠和拉伸等变形下产生稳定的功率，”来自加州大学洛杉矶分校的作者 Jun Chen 说：“由于这些引人注目的功能，该设备可以通过将人体生物力学活动转化为电信号来用于人体驱动的 HMI 。”
运行 HMI 所需的动力来自佩戴者的动作。这意味着不需要电池或其他外部电源组件，使 HMI 更加环保和可持续。
该设备在各种真实情况下进行了测试，包括存在喷水的情况，例如可能存在于淋浴、暴雨或剧烈运动期间。该设备在潮湿时工作良好，因为磁场不受水的存在很大影响。
研究人员研究了一系列制造和组装技术，以优化设备的生物力学到电能的转换。他们发现，通过控制柔性薄膜的厚度和磁性粒子的浓度，他们可以在性能和灵活性之间取得平衡。
为了测试他们的系统，研究人员进行了一系列实验，受试者用手指敲击来关闭和打开灯并控制音乐播放器。
“我们的磁弹性传感器阵列不仅可以无线充当灯的开关按钮，还可以控制音乐播放器的命令功能，代表播放、暂停、下一个和上一个的动作，”陈说。
这些测试保证了多功能防水 HMI 的新应用，可用于控制多种类型的智能设备。