【摘 要】
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随着人工智能和物联网技术的发展,鼠标、键盘、操控杆等传统刚性人机交互界面正加速向柔性可穿戴人机交互界面发生转变,以追求更灵活、舒适的操作体验。触觉感知是实现人机交互必不可少的技术,因此柔性触觉传感器得到了快速发展。光学式柔性触觉传感器具有可视化、无电磁干扰、无线、视觉平行采集的优势,光的可读性、直观性解决了摩擦电、电容、电阻等电学形式触觉传感器在人机交互时无法给予用户反馈的问题。基于电致发光、压电
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随着人工智能和物联网技术的发展,鼠标、键盘、操控杆等传统刚性人机交互界面正加速向柔性可穿戴人机交互界面发生转变,以追求更灵活、舒适的操作体验。触觉感知是实现人机交互必不可少的技术,因此柔性触觉传感器得到了快速发展。光学式柔性触觉传感器具有可视化、无电磁干扰、无线、视觉平行采集的优势,光的可读性、直观性解决了摩擦电、电容、电阻等电学形式触觉传感器在人机交互时无法给予用户反馈的问题。基于电致发光、压电光电子学效应、荧光材料等方案的光学式柔性触觉传感器已被用于探索人机交互应用。然而,这些触觉传感器仍面临着一些挑战,如:需外部电源驱动、缺乏多刺激响应、缺乏光信息采集应用的方法等。本论文提出一种由ZnS-CaZnOS:Mn、ZnS:Cu和聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的光学式触觉传感器,可将剪切力和应变以自驱动的形式转化成不同颜色的光。此外,开发了一种主动光学信号采集和编码的方法,将传感器的光学信号信息化并用于对物联网设备的控制。本论文的内容具体如下:一、力致发光材料的研究。利用高温固相烧结法制备了高性能的力致发光材料ZnS-CaZnOS:Mn,对ZnS-CaZnOS:Mn和ZnS:Cu的基本特性进行了表征,证明了ZnS-CaZnOS:Mn的双相特性。二、光学式触觉传感器光学性能、力学性能和生物相容性的研究。利用ZnS-CaZnOS:Mn、ZnS:Cu和PDMS制备了一种光学式触觉传感器,实现了剪切力、应变的可区分、可视化、自驱动传感。该传感器能在2N-12N的剪切力下产生波长为600 nm的橙光,剪切力越大光强越强;能在30%-70%的拉伸应变下产生520 nm的绿光,应变率越高发光越强。其极限应变率高达205%,进行100次单轴循环拉伸后没有发生机械衰减,在水下仍能在受力时产生光学响应,体外细胞增殖结果显示其生物相容性好。三、光学信号识别和编码方法与基于此方法的无线人机交互系统的研究。利用STM32处理器开发了一种主动光学信号识别和编码方法,解决了光学信号没有得到有效应用的问题,成功实现了光学信号对俄罗斯方块游戏、智能遥控小车等物联网设备的远程、无线控制。
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