一種尖端的石墨烯傳感器的開發(fā)實現(xiàn)了一種界面的產(chǎn)生，該界面能夠僅用思想就能準確地控制機器人。這一發(fā)展不僅對醫(yī)療保健，而且對一系列其他行業(yè)都有積極意義。腦機接口（BMIs）允許一個人使用其腦電波來操作一個設備。作為免提和免聲接口，BMIs在機器人、仿生假肢和自動駕駛汽車方面具有巨大的應用潛力。

一個BMI通常由三個模塊組成：一個外部感官刺激、一個傳感接口和一個處理神經(jīng)信號的單元。在這三個模塊中，傳感接口至關重要，因為它能檢測到大腦最外層——大腦皮層產(chǎn)生的電活動，而大腦皮層負責更高層次的過程，包括運動功能。

但視覺皮層才是大腦皮層中接收和處理從眼睛發(fā)出的信息的部分，它是依賴視覺刺激的BMI的關鍵。視覺皮層位于大腦的最后面的枕葉。

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腦電波是通過可植入或可穿戴的傳感器獲取的，如腦電圖（EEG）電極。在后腦勺使用EEG電極和其他非侵入性生物傳感器的問題是，這是一個通常被頭發(fā)覆蓋的區(qū)域。

濕式傳感器依靠在頭皮和頭發(fā)上使用導電凝膠，但這可能會導致傳感器在個人行動時移動。干式傳感器可以作為一種替代方法，但它們也有挑戰(zhàn)；它們的導電性比濕式傳感器差，而且，鑒于頭部的圓形，它們可能會遇到保持充分接觸的困難。

悉尼科技大學（UTS）的研究人員通過開發(fā)一種含有石墨烯的干式生物傳感器來解決這些問題。石墨烯是一種一原子厚的碳原子層，以六邊形晶格排列，是人頭發(fā)厚度的千分之一。

鑒于石墨烯的薄度和高導電性，它是創(chuàng)建干式生物傳感器的最佳材料。它還能抗腐蝕和抗汗水的影響，使其非常適合在頭部使用。

研究人員發(fā)現(xiàn)，將石墨烯與硅結合在一起產(chǎn)生了一種更堅固的干式傳感器。他們開發(fā)的傳感器上的石墨烯層的厚度不到1納米。

該研究的通訊作者Francesca Iacopi說：“通過使用尖端的石墨烯材料，結合硅，我們能夠克服腐蝕、耐久性和皮膚接觸阻力等問題，開發(fā)出可穿戴的干式傳感器。”

研究人員對不同的傳感器圖案進行了實驗，包括正方形、六邊形、柱形和圓點，并發(fā)現(xiàn)六邊形圖案的傳感器產(chǎn)生了最低的皮膚阻抗。然后他們用BMI測試了他們的新傳感器。

六角形圖案的傳感器被放置在后腦勺的頭皮上，以檢測來自視覺皮層的腦電波，用戶戴上顯示白色方塊的增強現(xiàn)實（AR）鏡片。通過專注于一個特定的方塊，產(chǎn)生的腦電波被生物傳感器接收到。然后一個解碼器將該信號翻譯成命令。

“我們的技術可以在兩秒鐘內(nèi)發(fā)出至少9個指令，”該研究的共同作者Chin-Teng Lin說，“這意味著我們有9種不同的命令，操作者可以在該時間段內(nèi)從這9種命令中選擇一種?！?/p>

澳大利亞陸軍士兵對石墨烯傳感器BMI進行了現(xiàn)實世界的測試，用它來控制一只四條腿的機器狗。該設備允許免提指揮機器人，準確率高達94%。

Iacopi說：“這種免提、無聲技術在實驗室環(huán)境之外，隨時隨地都可以使用。它使控制臺、鍵盤、觸摸屏和手勢識別等界面變得多余?！?/p>

然而，研究人員不認為這是他們設計的最終迭代。還需要進一步的研究和測試，以便在總的可用石墨烯面積、適應頭發(fā)存在的能力以及保持傳感器與頭皮接觸的能力之間取得平衡。

但這是朝著實用技術邁出的有希望的一步，該技術可能對殘疾人操作輪椅或假肢大有好處，并在先進制造業(yè)、國防和航空航天領域有更廣泛的應用。

該研究發(fā)表在《ACS應用納米材料》雜志上。

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