元宇宙代表了数字化时代的新篇章，将为人们创造更加丰富、多样化的数字化生活体验。通过虚拟现实和增强现实技术，用户可以进入一个全新的数字世界，与人工智能、虚拟对象和其他用户进行实时互动。这将为人们提供更多的娱乐、教育、社交和工作机会，拓展他们的视野和体验。人机交互在元宇宙中的发展对于提供沉浸式体验、自然而直观的交互方式、实时互动和社交性、个性化和自定义体验，以及提高可访问性和包容性都具有重要意义。传统的基于视觉的方法存在环境要求高的限制，如需要周围光照、精确的摄像机放置和遮挡限制。相比起来，用小型轻便的可穿戴传感器来捕捉人体动作并作为人机交互的输入更加方便。基于加速度计、陀螺仪和惯性测量单元的可穿戴设备在实验室研究和商业产品中被广泛使用，但它们的刚性特性使其不够用户友好，与柔软人体皮肤的机械不适配使其无法完全贴合人体从而造成数据误差，给用户带来不便。

  近期，香港城市大学机械工程系李文荣教授团队提出了一种新型的柔性可穿戴肌肉监测设备，通过同时检测肌肉的形状变化和肌动信号，结合机器学习技术实现对人体动作的准确捕捉和识别，并最终实现与虚拟元宇宙的人机交互（图1）。该方法具有更广泛的应用潜力，有望在元宇宙时代推动运动交互可穿戴设备的发展。

图1. 用于基于运动识别的人机交互的可穿戴肌肉传感设备。

  该工作利用基于多孔结构的碳纳米管/聚二甲基硅氧烷制备了具有16通道的压力传感器阵列（图2），结合多通道采集和无线数据传输技术，实现了可穿戴的肌肉检测设备，并具有高频振动信号检测能力。因此，该可穿戴设备可同时检测人体运动过程中的肌肉形变和肌动信号。该设备在10个受试者身上进行了测试，结合机器学习，可实现10种不同动作的准备识别（图3）。结果还显示该设备可用于步态识别（图3(d)）。最后基于实时动作识别，演示了基于该可穿戴设备与虚拟空间的交互（图4），展示了其作为下一代用于元宇宙交互设备的潜力。总之，提供了一种替代传统刚性惯性测量单元和肌动信号方法的检测手段，用于实现准确的人体运动识别，进一步拓展了运动交互可穿戴设备在即将到来的元宇宙时代的应用。该工作以“AI-enabled Soft Sensing Array for Simultaneous Detection of Muscle Deformation and Mechanomyography for Metaverse Somatosensory Interaction”为题发表在《Advanced Science》上 （Advanced Science, 2024, 2305025）。文章第一作者为香港城市大学博士后索姣博士。该研究得到国家自然科学基金和香港研究资助局的支持。

图2. 基于16通道柔性传感阵列的可穿戴设备

图3. 结合机器学习实现动作识别和步态识别

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202305025

图文转载自【中国聚合物网】:http://www.polymer.cn/