来源：麻省理工科技评论
原标题：《清华团队将石墨烯带进元宇宙：集成眼动交互和触觉感知的协同界面，拉伸应变可达1000%，界面厚度仅90μm》
时隔不到一月，再发顶刊。继三月所发?Nature论文成果首次实现亚1纳米栅长晶体管之后，清华大学集成电路学院任天令教授团队，结合多年深耕石墨烯研究的基础，着眼于当下正火的元宇宙，研发出一款可集成眼动交互和触觉感知的协同界面，实现了快速准确的3D人机交互。
图|集成眼动交互和触觉感知的协同界面
这款触觉感知界面的厚度仅为90μm，拉伸应变可达1000%。在0-300Pa的小压力范围内，其触觉感知界面的感知单位、也就是触觉传感器的灵敏度，可达1.428kPa-1。
根据触觉传感器像素点的信号时序，该界面可以实现方向控制，比如上、下、左、右等。在辅助眼电信号交互实现三维人机交互方面，该触觉感知界面具有巨大潜力。
TrueChain作为区块链代表案例亮相清华大学出版社出品的书籍:据官方消息，由清华大学出版社出版的《解码区块链--原理机制、场景案例与通证经济》一书近日上市京东和天猫，书中介绍并分析了TrueChain项目并将之作为第三代公链的技术代表。本书由清华大学学生金融协会主席黄京磊、华中科技大学数学中心研究员Larry Lin和牛津大学硕士Eric Zhang联合撰写，本书后期还将翻译为韩文版出品。[2020/8/6]
“坦率来讲，我们目前提出了眼电信号与触觉感知协同的人机交互界面，并且已经完成交互界面器件的制备和实验验证。”任天令表示。
图|任天令
4月6日，相关论文以《三维人机交互的眼电与触觉协同界面》为题发表在ACSNano上。
清华大学经管学院副院长李纪珍：高校应该紧紧抓住区块链技术创新的机遇:金色财经报道，数字岛与清华大学技术创新发展中心联合主办的“2020高校区块链技术创新云论坛”6月20日成功举办。论坛由数字岛发起人兼CEO刘靖主持，汇集“百校百人百媒”，探讨高校区块链技术创新与人才培养。
清华大学经济管理学院副院长李纪珍表示高校应该紧紧抓住区块链技术创新的机遇，一方面推动高校教育信息化建设，构建以区块链技术为基础的可信教育身份体系、学习过程管理体系、教育应用服务体系。另一方面，推动高校产学研协同创新，形成“创新资源集成、科技成果转化、科技创业孵化、创新人才培养、开放协同发展”体系。[2020/6/20]
图|相关论文
用最简单的结构，实现最理想的效果
在具体研究细节上，由于该团队此前已具备蜂窝状石墨烯的大规模制备技术，并对其转移技术做了较多探索。因此，最初他们设计并实现了诸多复杂型转移技术，比如静电纺丝、无衬底纹身式等，也曾取得不少成果。
声音 | 清华大学副校长薛其坤：区块链行业是我国技术创新的重要突破口:由教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会主办的2019年全国高校区块链大赛总决赛于2019年11月30日-12月1日在北京举办。清华大学（计算机系）-阿尔山区块链技术联合研究中心管委会主任、中国科学院院士、清华大学副校长薛其坤表示，区块链技术广泛关注下一代信息技术，区块链技术的应用在产业变革中起着重要的作用，区块链行业具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景是我国技术创新的重要突破口，这一重要研发为我国推进区块链技术产业创想指明了方向，清华大学阿尔山区块链联合研究中心对区块链等技术非常重视，我们在2017年成立了区块链联合中心，充分发挥清华大学的优势，人工智能、信息安全和密码学等各方面专家，致力于区块链关键技术研发。研究中心连续两年组织全国高校区块链大赛，也得到房山区大力支持，这对激发高校学生在区块链领域的热情，提高高校区块链技术研究，相关专业推荐和技术人才培养，取得了重要的作用，研究中心将抓住当前区块链技术发展的有力契机，加强区块链基础技术的研发，积极推动区块链技术和经济社会融合发展，使区块链技术在建设网络强国发展数字经济方面发挥重大作用。[2019/12/2]
后来，他们想到既然石墨烯本身就是通过机械剥离法发现的，为何不采用这样简单的转移方式来达到实验效果？这里需要考虑到的是可穿戴式的电极和触觉感知界面的透气性、柔性和可拉伸性，因此他们采用医用透气性柔性聚氨酯薄膜作为转移和器件制备的基础。
声音 | 清华罗玫：Libra项目沦为美国金融霸权的长臂管辖工具，仅仅是时间与程度的问题:7月19日，《经济参考报》刊发题为《G7财长会议商讨加强加密货币监管》的文章，清华经管数字金融资产研究中心主任罗玫对记者表示，Libra项目构建的以美元为支撑的数字货币将挑战各国主权货币，更可能在不久的将来，强势取代落后国家的主权货币。据罗玫介绍，Libra项目有100个分布式系统节点，脸书公布的28个创始节点，几乎都是美国金融科技领域的巨头。Libra项目沦为美国金融霸权的长臂管辖工具，仅仅是时间与程度的问题。在Libra初始的28个合作伙伴中，包括20家美国机构和8家非美国机构，非美国机构中有4家在美国上市。显然Libra在探索新的美元霸权。她警告，由于脸书用户遍布世界各地，Libra底层担保资产主要是美元，利用区块链技术作为载体的Libra项目，将助推强势美元穿透现有的金融管制，击穿弱势主权货币。她同时表示，与5G一样，掌握下一代性能卓越的计算机区块链分布式系统底层技术和话语权是最重要的计算机基础科学，中国业者也应积极参与。[2019/7/19]
由于聚氨酯薄膜的柔软性和延展性较好，弹性模量较低，因此在转移过程存在巨大挑战，这很容易导致转移后的柔性聚氨酯薄膜发生较大变形，并致使蜂窝状石墨烯电极阵列的损坏。
现场 | 清华x-lab青藤链盟研究院院长钟宏：未来数字票据将会成为新的经济形式:金色财经现场报道，在8月16日的WMIC2018世界移动互联网大会上，清华x-lab青藤链盟研究院院长钟宏表示，区块链的春天才刚刚开始，区块链2.0可编程金融，涅槃；区块链3.0可编程社会，可期。中国经济背景共识有六，2018年下半年国内经济形势是稳就业、稳金融、稳外贸、稳外资、稳投资、稳预期工作，这个背景下，中国区块链产业3.0赋能实体经济应该遵循三点共识：区块链碰金融红线必严打；要促进内外贸易、稳定经济；拉动实业投资，经济升级。区块链3.0我们希望做票改，未来数字票据将会成为新的经济形式，一定是实体资产映射到数字网络当中形成有价值资产，数字票据或将成为传递未来的媒介。[2018/8/16]
后来，该团队设法将其解决，目前已能实现阵列化蜂窝状石墨烯的转移，并且转移后的石墨烯仍呈现出完美的蜂窝状结构，不仅没有发生破损，柔性聚氨酯薄膜也没有任何变形。
攻克转移技术难题之后，接下来面临的问题在于如何制备可穿戴式的触觉感知阵列？期间，该团队曾尝试过使用不同介质层，来调节触觉传感器的性能。
几经尝试之后，他们打算用最简单的结构，实现最理想的效果：即通过两层蜂窝状石墨烯阵列的堆叠，去实现触觉传感器的制备，让柔性聚氨酯薄膜发挥最大作用和价值，也就是让下层柔性聚氨酯薄膜作为介质层。
由于柔性聚氨酯薄膜的弹性模量较低、受压变形能力则比较强，因此能为触觉传感器提供较高的灵敏度和较大输出信号幅度，同时由于其具有较高粘附性，可直接作为与皮肤贴附的粘附层，保证其与皮肤贴附的透气性和舒适性。
与此同时，在下层柔性聚氨酯薄膜的粘附层和整个触觉感知阵列之间，上层的柔性聚氨酯薄膜还承担着封装层作用。
从石墨烯到人机交互界面
另据悉，使用设备时需要收集眼电图。之所以这样做，是因为尽管脑电信号的获取成本低、可重复，但存在空间分辨率低、信噪比差的问题；而肌电信号是许多肌肉纤维中运动单元动作电位在时间和空间上的叠加，通常需要在肌肉中插入电极针来记录电位的变化，这很容易受到噪声串扰的影响，同时侵入式的电极会给人体带来创伤；而眼电信号的采集则更简单，信号可重复性高、信噪比也比较高，同时成本低廉。
此外，选择采集眼电图作为人机交互界面的另一个原因在于，该团队想通过眼球的运动实现无接触式、快速和便捷的沉浸式人机交互。特别是对于存在运动障碍或肌肉障碍的人群来说，利用眼球运动来实现交互控制更具实际意义。
眼睛周围的皮肤较为娇嫩和敏感，那么作为眼电信号信号感知层的关键部分——电极材料应该满足三点要求：一是轻便和柔性可拉伸；二是电极-皮肤界面阻抗要尽量小且具有长期性能稳定性；三是电极具有长效贴附的稳定性和对皮肤友好，而现有的Ag/AgCl凝胶电极或金属电极均无法满足以上要求。
因此，该团队开发出蜂窝状石墨烯电极作为感知层，由于石墨烯和皮肤之间的直接接触，离子（I?)和电子（e?)在石墨烯电极和皮肤之间的界面上直接交换，没有离子浓度的衰减，这确保了电极-皮肤的低阻抗性。
相比传统的金属电极，结合柔性聚氨酯的蜂窝状石墨烯电极材料，具有超高的柔性和可拉伸性，拉伸应变范围可高达1000%，并且此次采用的是基于医疗级的超薄柔性聚氨酯薄膜，本身具有高度透气性、贴附性和生物兼容性，这让电极材料与皮肤实现了完全的共形贴合，具有抗运动的长效贴附稳定性，再加上微米级孔径的蜂窝状石墨烯，电极具有优异的透气性和舒适性。
这也是使用化学气相沉积法制备的石墨烯传感器所不具备的优势，使用该方法制备的石墨烯往往不具备可拉伸性，且在制备更复杂、更昂贵，性能差异也更显著。而该团队基于激光诱导工艺制备的蜂窝状石墨烯，可直接实现图形化定制，再结合机械剥离转移的工艺，让电极的制备更加容易，并让该团队最终实现了大规模阵列化制备。
转动眼球即可控制轮椅的前后左右移动
目前已有的头戴式VR设备，主要提供视觉和听觉效果体验，而其交互设备主要依靠手持控制器。VR属于新一代信息技术的集大成者，在硬件上除了终端之外，还需要空间定位、手势交互、眼动追踪、语音交互等一系列感知交互技术，在核心配件上则需要光学器件、显示屏、芯片、传感器等，所需要的技术十分复杂。
事实上，在收集眼电信号之后，该界面可以实现快速、便捷、非接触的二维人机交互，例如控制四轴飞行器的上、下、左、右运动。然而，面对其在三维空间的飞行或复杂的飞行轨迹控制，眼电信号信号的交互控制在精度和维度上都有局限性。
因此，任天令团队才有了开发这款辅助界面的想法，以便实现精确可控的三维人机交互，为了实现操作上的合理性，他们想到通过可穿戴的触觉感知界面，去实现视觉和触觉协同交互的三维人机交互界面。
其中，眼电信号交互界面主要用于快速、便捷、非接触的2D交互，触觉感知界面则主要用于复杂的2D运动控制和3D人机交互中的Z轴控制。
在应用前景上，由于眼电信号界面和触觉感知界面均是柔性可穿戴的，因此它们在协同作用之后，可以提供虚拟世界的三维空间定位和便携式交互，让人们告别手持笨重的交互控制器，并可通过眼电信号信号实现精准的眼动追踪，在解放双手的同时还可自由体验视、听、触觉沉浸式虚拟世界的真实感受。
在现实世界中，也可作为人和机器的交互界面。比如，对于运动障碍人士来说，可让其通过眼球的运动，去实现控制轮椅的前、后、左、右移动。总而言之，这款人机协同界面可给虚拟世界和现实世界提供自由无束缚、沉浸式的人机交互体验。
日后，该团队将在当前研究基础上去开展具体的应用，他们将进一步提高眼电信号交互界面和触觉感知界面的交互分辨率，并将设计眼电信号信号与触觉感知界面信号的专用采集和无线传输电路，以期充分发挥视觉与触觉的协同作用，再结合VR视觉设备，最终有望实现在虚拟空间中的三维人机交互的实际应用。
当头戴式的VR设备被智能隐形眼镜替代，我们在体验沉浸式的虚拟世界时，感受也会更真实更自由，还有望通过控制眼球运动去浏览各种信息、以及执行简单的交互，更有望通过可穿戴触觉感知辅助界面实现便携式精准交互。
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