傳感器是可以將接收到的信息轉換為電信號或其他信號輸出的檢測設備。在這個智能化、數字化和網絡化的時代，傳感器已經成為獲取信息的主要方式和手段，人們對傳感器靈敏度和應用范圍的要求也越來越高。石墨烯是一種二維材料，具有優(yōu)異的特性，包括高柔韌性、輕質、良好的機械性能(42 N·m?1斷裂強度)、高電子遷移率(室溫下10,000 cm?2·s?1)、優(yōu)越的導熱性(單層片>5000 W·mK?1)和其共價鍵結構帶來的優(yōu)異的化學惰性。這些特性使其成為制造可穿戴、柔性、輕便、易于集成的傳感器的理想選擇。

在過去三年新冠病毒全球肆虐的過程中，石墨烯病毒傳感器的檢測被學術界廣泛研究。這些新型石墨烯傳感器能夠在準確可靠的基礎上完成信號檢測，為研究人員選擇和制造傳感器材料提供了重要參考。

石墨烯傳感器由于具有包括柔性、重量輕、易于集成和出色的電學性能等優(yōu)點，在元宇宙研究中展現出優(yōu)勢。在過去10年里，清華大學任天令教授團隊專注于開發(fā)面向人機交互和醫(yī)療健康的先進石墨烯傳感器，積累了豐富的經驗，做出了優(yōu)秀的成果。

前段時間，任天令教授團隊在由清華大學主辦的國際英文綜合性期刊《Carbon Future》上發(fā)表題為“Graphene-based sensors for human-machine interaction”的綜述文章。這篇綜述重點介紹了各種傳感器所針對的采集信號，設計方法，制造工藝和性能特征，并討論了石墨烯傳感器在人機交互中的未來發(fā)展方向，包括多模態(tài)、提高舒適度和智能化。

任天令教授表示，“該綜述論文概述了用于測量身體信號的石墨烯傳感器研究進展。人體從頭到腳的很多部位都有潛力發(fā)展成人機界面。大腦、眼睛、耳朵、鼻子、嘴巴、喉嚨、指尖、皮膚、關節(jié)、腳都可以作為基于腦電圖（EEG）、肌電圖（EMG）、眼電圖（EOG）、眼動、光線、呼吸、聲音、觸摸、溫度、運動、步態(tài)和其他生理信息的人機交互界面?！?/p>

其中，面向喉部界面的石墨烯傳感器：2011年，任天令教授團隊證明了石墨烯可以發(fā)出聲音。這一發(fā)現擴大了石墨烯在聲學領域的應用。團隊利用石墨烯的聲學性能開發(fā)了多種用于人機交互界面的傳感器和執(zhí)行器。其中特別有發(fā)展前景的是人工喉，它在醫(yī)療保健和人機交互中顯示出極大的應用潛力。

2023年11月13日，原京東副總裁、漸凍癥患者蔡磊試用了任天令教授團隊開發(fā)的智能可穿戴人工喉，成為全球首個使用可穿戴人工喉的漸凍癥患者。據悉，這一可穿戴智能人工喉系全球首創(chuàng)，該設備能夠采集蔡磊喉部發(fā)聲的信號，再將其轉換還原為蔡磊的原聲，發(fā)出了與蔡磊患病前一樣的聲音。 ?

任天令教授團隊主要研究方向為智能微納電子器件、芯片與系統，包括：智能傳感器與智能集成系統，二維納電子器件與芯片，柔性、可穿戴器件與系統，智能信息器件與系統技術等。任天令教授團隊擁有利用石墨烯設計了世界上首個柔性可貼附的智能人工吼；提出了一種激光編程異質應變傳感器的方法，其可調制局部耦合的電氣和機械性能，以實現傳感器性能可定制化；開發(fā)了一種由層疊石墨烯薄膜和多孔石墨烯泡沫組成的石墨烯護甲，用于人體電磁干擾屏蔽和運動監(jiān)測；提出了一種基于激光直寫和熱轉印技術的可批量制備的可穿戴石墨烯基織物傳感器等等科技研究成果。

“該綜述論文將刺激新型石墨烯傳感器的開發(fā)工作，從而促進更自然的人機交互界面并改善醫(yī)療保健中的實時數據收集和響應。用于人機交互界面的石墨烯傳感器預計在未來幾年將變得更加多樣化和實用化。在身體的同一部位，人類和機器能夠以多種不同的方式與不同的信號進行交互?！比翁炝罱淌诒硎?。

審核編輯：黃飛

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