L’interazione tra macchine e esseri umani è fondamentale per lo sviluppo delle nuove tecnologie del metaverso, progettate per aumentare l’esperienza umana attraverso il cloud computing e la realtà estesa (XR). Il grafene, un materiale di carbonio bidimensionale, è emerso come candidato ideale per la tecnologia dei sensori indossabili, aprendo la strada a una nuova era di interazione uomo-macchina (HMI) senza soluzione di continuità.
Un team di scienziati dei materiali guidato da Tian-Ling Ren dell’Università Tsinghua di Pechino, in Cina, ha recentemente delineato lo stato della tecnologia dei sensori HMI basati sul grafene per far avanzare la ricerca nel campo. Le tecnologie di sensori avanzati che sono flessibili, leggere e possono essere indossate continuamente sono ideali per l'HMI e hanno potenziali applicazioni sia nel mondo virtuale immersivo del metaverso che nelle tecnologie sanitarie indossabili.
La ricerca attuale mira a creare sensori in grado di interfacciare quasi ogni parte del corpo che può essere misurata, compresi cervello, occhi e bocca. Queste misurazioni possono quindi essere utilizzate per caratterizzare le informazioni corporee mediante una macchina interfacciata.
Il team ha pubblicato la propria recensione su Carbon Future .
"In questa recensione, presentiamo una panoramica di alcuni degli sforzi del nostro team di ricerca per creare sensori basati su grafene per interfacce uomo-macchina. Questi sensori, progettati per l'uso su varie parti del corpo umano, vengono introdotti concentrandosi sul loro obiettivo segnali, progettazione, processo di produzione e caratteristiche prestazionali, inoltre, approfondiamo i potenziali sviluppi futuri per i sensori basati sul grafene, tra cui la multimodalità, il comfort e l'intelligenza migliorati", ha affermato Tian-Ling Ren, autore senior del documento di revisione, professore. presso la Scuola di Circuito Integrato e vicepreside della Scuola di Scienze e Tecnologie dell'Informazione presso l'Università di Tsinghua.
Il dottor Ren è anche professore universitario del fiume Yangtze presso il Ministero cinese dell'Istruzione e vicedirettore del Centro per la tecnologia di rilevamento ambientale e sanitario presso l'Università di Tsinghua.
Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti come un reticolo esagonale. Le proprietà uniche del grafene, tra cui l'impressionante conduttività, la bassa reattività chimica, la flessibilità e la leggerezza, rendono il materiale un candidato ideale per lo sviluppo di sensori di interfaccia uomo-macchina.
Il gruppo di ricerca delinea i progressi compiuti nei sensori basati sul grafene progettati per misurare una varietà di segnali diversi provenienti dal corpo. "Molte parti del corpo umano, dalla testa ai piedi, hanno il potenziale per essere sviluppate in interfacce uomo-macchina. Cervello, occhi, orecchie, naso, bocca, gola, polpastrelli, pelle, articolazioni e piedi possono tutti essere usati come Interfacce HMI basate su elettroencefalogramma (EEG), elettromiografia (EMG), elettrooculogramma (EOG), movimento oculare, luce, respirazione, voce, tatto, temperatura, movimento, andatura e altre informazioni fisiologiche", ha affermato Tian-Ling Ren.
Anche gli esseri umani possono trarre vantaggio dall’output generato dalle macchine e lo sviluppo di sensori multimodali in grado di alternare la misurazione del segnale, come la percezione del suono, e l’uscita del segnale, come la generazione del suono, sarà particolarmente utile per gli HMI. Il team di Ren ha dimostrato la produzione del suono del grafene in uno studio precedente.
Tian-Ling Ren ha affermato:"Con l'aiuto dell'apprendimento automatico, questa interfaccia può ottenere il riconoscimento vocale, l'analisi delle emozioni, l'elaborazione dei contenuti e altro ancora, rendendola ideale per la comunicazione robotica intelligente."
Una delle sfide dello sviluppo di sensori basati sul grafene è ottenere un intervallo di misurazione sufficientemente ampio da rilevare sensi molto dinamici, come il senso del tatto. Per risolvere questo problema, sono stati sviluppati sensori di pressione al grafene con un ampio intervallo di sensibilità utilizzando pellicole di grafene incise al laser (LSG) liberamente impilate che aumentano di densità con l'aumentare della pressione. L'aumento della densità della pellicola, a sua volta, provoca un cambiamento nella resistenza misurata con un intervallo sufficientemente ampio da raggiungere un'elevata sensibilità.
Il gruppo di ricerca prevede che la revisione stimolerà lo sviluppo di nuovi sensori basati sul grafene progettati per facilitare HMI più naturali e migliorare la raccolta e la risposta dei dati in tempo reale nell’assistenza sanitaria. "Si prevede che nei prossimi anni i sensori basati su grafene per l'HMI diventeranno più diversificati e pratici. Nella stessa parte del corpo, l'uomo e la macchina possono interagire con segnali diversi... in molti modi diversi", ha affermato Tian-Ling Ren.
Ulteriori informazioni: Tianrui Cui et al, Sensori basati sul grafene per l'interazione uomo-macchina, Carbon Future (2023). DOI:10.26599/CF.2023.9200005
Fornito dalla Tsinghua University Press
