為了解決這一問題，廈門大學(xué)廖新勤、陳忠團(tuán)隊(duì)提出了一種事件驅(qū)動意圖識別觸摸傳感器（IR觸摸傳感器），力求通過傳感器內(nèi)觸摸分析實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的意圖識別。IR觸摸傳感器由仿生螺旋網(wǎng)組成，通過連接分離的像素點(diǎn)，創(chuàng)新性地將低維度信號和超高精度時(shí)空分辨率結(jié)合到同一設(shè)備中。這種設(shè)計(jì)允許器件根據(jù)應(yīng)用要求調(diào)整分辨率，同時(shí)保持恒定的電極數(shù)量。事件驅(qū)動和傳感器內(nèi)計(jì)算的特性，有效地消除了傳感過程中的冗余數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了IR觸摸傳感器在捕獲和分析觸摸意圖線索方面的可維護(hù)性和可靠性。多功能應(yīng)用證明了IR觸摸傳感器的集成功能，在全天候環(huán)境中都能發(fā)揮出巨大的交互潛力。這項(xiàng)工作為使用有意識機(jī)器智能進(jìn)行觸覺意圖識別提供了新的見解，這將在可穿戴設(shè)備、智能機(jī)器人、醫(yī)療觸診和治療等方面得到廣泛應(yīng)用。該研究以題為“In-Sensor Touch Analysis for Intent Recognition"的論文發(fā)表于《 Advanced Functional Materials》。廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳忠教授和廖新勤副教授為論文通訊作者，作者為廈門大學(xué)碩士生許奕晶，新加坡南洋理工大學(xué)鄭元謹(jǐn)教授（集成電路設(shè)計(jì)中心主任）和北京科技大學(xué)廖慶亮教授（長江學(xué)者特聘教授、院長）提供重要支持幫助。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、福廈泉國家自主創(chuàng)新示范區(qū)合作項(xiàng)目、福建省自然科學(xué)基金和高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等資助。

圖1 意圖識別觸摸傳感器的概念圖

首先，作者探究了IR觸摸傳感器的按壓性能。結(jié)果顯示，IR觸摸傳感器具有快速的響應(yīng)時(shí)間（<0.5 ms），對時(shí)空機(jī)械刺激的動態(tài)響應(yīng)存在高度差異?？紤]到不同用戶的習(xí)慣，作者還研究了快速觸摸和長時(shí)間觸摸操作對輸出信號的影響。同時(shí)驗(yàn)證了IR觸摸傳感器具有彎曲不敏感性，保證IR觸摸傳感器可以貼附在彎曲表面穩(wěn)定運(yùn)行。通過超過10,000次循環(huán)的重復(fù)加載-卸載測試來檢測了IR觸摸傳感器的耐用性。響應(yīng)信號幾乎沒有變化，IR觸摸傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

圖2 IR觸摸傳感器的設(shè)計(jì)和按壓特性

IR觸摸傳感器可以解耦連續(xù)的滑動操作，作者對這些滑動操作的輸出特性進(jìn)行了深入研究。通過對比不同的纏繞方式，進(jìn)一步證實(shí)了仿生螺旋網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，提高了輸出信號的空間分辨率和性。得益于傳感器內(nèi)計(jì)算的能力，作者不僅從滑動的輸出信號中提取了滑動軌跡，還能夠從中獲取額外的運(yùn)動參數(shù)，如滑動速度等。

圖3 IR觸摸傳感器的滑動性能

IR觸摸傳感器還展現(xiàn)出雙重適用性，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，它能夠適應(yīng)不同離散傳感器陣列的配置；其次，它能夠在不同分辨率要求下準(zhǔn)確識別觸覺意圖。這些發(fā)現(xiàn)有望高效地傳達(dá)空間和時(shí)間信息，并且利用IR觸摸傳感器來準(zhǔn)確傳遞物理觸摸交互的意圖。

圖4 仿生螺旋網(wǎng)的廣泛適用性

IR觸摸傳感器憑借對不同操作的感知能力，可以作為觸覺意圖識別的多功能接口，用于游戲、教育、醫(yī)療保健和智能家具等領(lǐng)域應(yīng)用。通過精確解碼輸出信號和傳感器的廣泛適用性，開發(fā)了一系列基于不同分辨率的IR觸摸傳感器應(yīng)用（例如：控制PowerPoint演示文稿、電子地圖導(dǎo)航和俄羅斯方塊游戲等），展示了IR觸摸傳感器的快速響應(yīng)能力和多功能性。

圖5 觸摸交互的典型應(yīng)用

觸覺意圖識別系統(tǒng)可以在觸覺信息和人類意圖之間建立相關(guān)性，而不受環(huán)境因素的影響。視覺和聽覺意圖識別系統(tǒng)在嘈雜或視覺模糊的環(huán)境中可能會受到阻礙。作為一種穩(wěn)健的替代方案，觸覺感知因其有效性而脫穎而出。手寫識別使用戶能夠最自然、地輸入文本。因此，用于手寫識別的觸覺意圖識別系統(tǒng)可以增強(qiáng)整體用戶體驗(yàn)并準(zhǔn)確傳達(dá)用戶想法。

圖6 機(jī)器學(xué)習(xí)輔助觸覺意圖識別系統(tǒng)

結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，作者構(gòu)建了一種基于IR觸摸傳感器的機(jī)器學(xué)習(xí)輔助觸覺意圖識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效地分析和解釋手寫輸入中存在的復(fù)雜模式和特征，對手寫內(nèi)容識別的準(zhǔn)確率高達(dá)98.4%。此外該系統(tǒng)甚至可以捕捉人類無意識行為，顯示出IR觸摸傳感器在診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。

小結(jié)：總的來說，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種由仿生螺旋網(wǎng)組成的具有傳感器內(nèi)計(jì)算能力、事件驅(qū)動的意圖識別觸摸傳感器，以實(shí)現(xiàn)高分辨率下的簡潔數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)獲得完整的意圖信息。事件驅(qū)動方法有效地消除了時(shí)間驅(qū)動傳感器陣列感知過程中的冗余數(shù)據(jù)。傳感器內(nèi)分析和計(jì)算能力顯著減少了傳感器和計(jì)算終端之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆＿@種傳感、數(shù)據(jù)縮減和超高精度識別的開創(chuàng)性集成將推動意圖識別領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。

來源：傳感器專家網(wǎng)