近年来，可穿戴式生物传感器在健康监测和人机界面交互等领域得到了广泛的应用。或许在未来的某一天，人们会在隐形键盘上打字、仅凭触摸就能识别物体、通过手势便可以实现与应用程序的交互。
一种新型智能皮肤已经实现了以上智能化场景。来自斯坦福大学、韩国科学技术院和首尔大学的研究团队及其合作者，开发了一种 可拉伸 生物相容性材料，这种材料可以 像防晒喷雾一样被喷在手背上 ，其中的微型电子网络可以感知皮肤的拉伸和弯曲。
研究团队表示，他们可以使用 人工智能技术 把手部运动和手势与各种日常任务联系起来，从而将这种智能皮肤推广到游戏、体育、远程医疗和机器人等多个行业。相关研究论文以“A substrate-less nanomesh receptor with meta-learning for rapid hand task recognition”为题，已发表在科学期刊 Nature Electronics 上。
（来源：Nature Electronics）
在以往的研究中，为实现各种手部动作和手势，科学家们往往选择使用腕带或可穿戴手套来测量肌肉的电活动。然而，这些设备 体积庞大 ，且需要多个感官组件来精确定位每个关节的运动。此外，为了训练一种算法，他们还需要针对每个用户和任务收集大量的数据。
由于以上原因，这些设备很难用在日常电子产品中。在此次研究工作中，鲍哲南教授等人开发的新型智能皮肤十分实用——在 外观上十分精简 ，在功能上具有足够的适应性，且基本上可以适用于任何用户，即使数据有限。
另外，新型智能皮肤还采用了 更精简的软件方法 ，学习速度更快。这种精度可能是虚拟现实应用的关键，可以实现精细的动作传达，进而获得更逼真的体验。
据论文描述，该智能皮肤的形态为一种 嵌入聚氨酯的、可喷涂的电敏感网状网络，由数百万根镀金的纳米银线组成， 具有很好的电活性、生物相容性和透气性，与手指的皱纹和褶皱非常吻合，且很难脱落；而且，只需将一个轻量级蓝牙模块连接到网格上，就可以无线传输信号变化。
鲍哲南解释道，“当手指弯曲和扭动时，网格中的纳米线会被挤压在一起并拉伸，从而改变网状网络的导电性。这些变化可以精确地与手、手指和关节的活动联系起来。”直接在皮肤上喷涂的方法，保证了网格在没有基底的情况下得到支撑。这一关键的工程决策消除了不必要的运动伪影，并帮助研究团队使用单一的导电网格来生成手指的多个关节信息。
这种喷涂特性使得智能皮肤能够适应任何大小或形状的手 ，未来或许也可以用在面部来捕捉微妙的情感暗示，这就可能会为计算机动画催生新的方法，或者开启具有更逼真的面部表情和手势的虚拟会议。
此外，计算机会监测电导率的变化模式，并将这些变化映射到特定的物理任务和手势。例如，在键盘上输入一个 X，算法就会学会根据电导率的变化模式来识别这项任务。
一旦算法得到了适当的训练，物理键盘就不再是必要的了。同样的原理也可以用来识别手语，甚至可以通过追踪物体的外部表面来识别物体。“只需要几次快速的测试，智能皮肤就可以快速识别任意新的手部任务和用户，” 论文的共同一作 Kyun Kyu Kim 博士说，“由于纳米网格捕获了其信号中的细微细节，我们可以使用更少的数据实现更快的计算处理。”
参考链接：https://www.nature.com/articles/s41928-022-00888-7
本文来自微信公众号 “学术头条”（ID：SciTouTiao），作者：学术头条。
