A interação entre máquinas e humanos é fundamental para o desenvolvimento das novas tecnologias do metaverso, que são projetadas para aumentar a experiência humana por meio da computação em nuvem e da realidade estendida (XR). O grafeno, um material de carbono bidimensional, emergiu como um candidato ideal para tecnologia de sensores vestíveis, abrindo caminho para uma nova era de interação homem-máquina (HMI) perfeita.



Uma equipe de cientistas de materiais liderada por Tian-Ling Ren, da Universidade Tsinghua, em Pequim, China, descreveu recentemente o estado da tecnologia de sensores HMI baseados em grafeno para avançar na pesquisa no campo. Tecnologias avançadas de sensores que são flexíveis, leves e podem ser usadas continuamente são ideais para IHM e têm aplicações potenciais tanto no mundo virtual imersivo do metaverso quanto nas tecnologias vestíveis de cuidados de saúde.

A pesquisa atual visa criar sensores capazes de interagir com quase todas as partes do corpo que podem ser medidas, incluindo o cérebro, os olhos e a boca. Essas medições podem então ser usadas para caracterizar informações corporais por uma máquina de interface.

A equipe publicou sua análise no Carbon Future .

"Nesta revisão, apresentamos uma visão geral de alguns dos esforços de nossa equipe de pesquisa para criar sensores baseados em grafeno para interfaces homem-máquina. Esses sensores, projetados para uso em diversas partes do corpo humano, são apresentados com foco em seu alvo. sinais, design, processo de fabricação e recursos de desempenho Além disso, investigamos possíveis desenvolvimentos futuros para sensores baseados em grafeno, incluindo multimodalidade, maior conforto e inteligência", disse Tian-Ling Ren, autor sênior do artigo de revisão, professor. na Escola de Circuitos Integrados e vice-reitor da Escola de Ciência e Tecnologia da Informação da Universidade Tsinghua.

Ren também é Professor Acadêmico do Rio Yangtze do Ministério da Educação da China e vice-diretor do Centro de Tecnologia de Detecção Ambiental e de Saúde da Universidade de Tsinghua.

O grafeno é composto por uma única camada de átomos de carbono dispostos como uma rede hexagonal. As propriedades únicas do grafeno, incluindo condutividade impressionante, baixa reatividade química, flexibilidade e leveza, tornam o material um candidato ideal para o desenvolvimento de sensores de interface homem-máquina.

A equipe de pesquisa descreve o progresso feito em sensores baseados em grafeno projetados para medir uma variedade de sinais diferentes do corpo. "Muitas partes do corpo humano, da cabeça aos pés, têm potencial para serem desenvolvidas em interfaces homem-máquina. Cérebro, olhos, ouvidos, nariz, boca, garganta, pontas dos dedos, pele, articulações e pés podem ser usados ​​como Interfaces HMI baseadas em eletroencefalograma (EEG), eletromiografia (EMG), eletrooculograma (EOG), movimento ocular, luz, respiração, voz, toque, temperatura, movimento, marcha e outras informações fisiológicas", disse Tian-Ling Ren.

Os seres humanos também podem beneficiar dos resultados gerados pelas máquinas, e o desenvolvimento de sensores multimodais que possam alternar entre a medição do sinal, como a percepção sonora, e a saída do sinal, como a geração de som, será particularmente útil para IHMs. A equipe de Ren demonstrou a produção de som de grafeno em um estudo anterior.

Tian-Ling Ren disse:“Com a ajuda do aprendizado de máquina, esta interface pode alcançar reconhecimento de fala, análise de emoções, processamento de conteúdo e muito mais, tornando-a ideal para comunicação robótica inteligente”.

Um dos desafios do desenvolvimento de sensores baseados em grafeno é alcançar uma faixa de medição grande o suficiente para detectar sentidos muito dinâmicos, como o tato. Para resolver esse problema, sensores de pressão de grafeno com uma ampla faixa de sensibilidade foram desenvolvidos usando filmes de grafeno escritos a laser (LSG) empilhados livremente que aumentam em densidade com o aumento da pressão. O aumento da densidade do filme, por sua vez, causa uma alteração na resistência medida com uma faixa grande o suficiente para atingir alta sensibilidade.

A equipe de pesquisa espera que a revisão estimule o desenvolvimento de novos sensores baseados em grafeno, projetados para facilitar IHMs mais naturais e melhorar a coleta e resposta de dados em tempo real nos cuidados de saúde. "Espera-se que os sensores baseados em grafeno para IHM se tornem mais diversificados e práticos nos próximos anos. Na mesma parte do corpo, o ser humano e a máquina podem interagir com sinais diferentes... de muitas maneiras diferentes", disse Tian-Ling Ren.

Mais informações: Tianrui Cui et al, Sensores baseados em grafeno para interação homem-máquina, Carbon Future (2023). DOI:10.26599/CF.2023.9200005
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua