清华大学任天令教授课题组和重庆大学陶璐琪研究员课题组 ACS AMI：基于湿度的人机交互系统

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呼吸信号可以对呼吸系统疾病患者的健康状况提供准确有效的反应，基于呼吸传感器的人机交互系统也广泛应用于医疗保健领域。然而目前大多基于压力传感器、摩擦电及视觉听觉接收器的人机交互系统在检测体呼吸的时候并不具备高可靠性。呼吸传递的湿度信号具有良好的稳定性和快速的响应，但是基于湿度的人机交互系统却鲜有研究。

近期，清华大学任天令教授课题组和重庆大学陶璐琪研究员课题组通过将湿度传感器和石墨烯热声装置集成起来实现了一个基于湿度的人机交互系统（HHMIS），该系统能够实时对呼吸信号进行检测并对异常的呼吸信号进行实时声音预警。此外，该设备还能作为人工喉来为失语症患者提供帮助，患者可以通过进行特定的呼吸模式来控制器件发出预设的声音，相比与传统的人工喉设备需要通过控制喉咙进行特定的震动模式来完成发声，HHMIS作为人工喉更易于患者控制。最后，通过湿度传感这一无接触的传感方式，HHMIS也能作为一个无接触的人机交互系统，可以通过呼吸或者手指的靠近来进行无接触的远程控制。这种便携式非接触式人机交互系统在医疗卫生、智能控制等领域具有广阔的应用前景。

该工作以“Humidity-Based Human−Machine Interaction System for Healthcare Applications”为题发表在《ACS Applied materials & Interfaces》上。文章的第一作者是重庆大学硕士研究生邹思敏。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

该工作是团队近期关于纳米材料应用相关研究的最新进展之一。近年来，团队对纳米材料在各领域中的应用做了一系列的探索。团队设计了可以同时。具备加热功能和NO₂气体传感功能的集成化器件，克服了NO₂在室温下无法充分解吸附的问题，同时在NO₂浓度超标时加热器还能切换成声学预警装置提醒人们撤离现场（Chem. Eng. J. 2022, 428, 131079）。通过设计基于 SrCaGa₄O₈ 荧光粉的发光材料与激光诱导石墨烯加热器的双层结构，实现了多层加密解密及防伪功能（Adv. Funct. Mater. 2021, 31 (43), 2103255.）。从海胆结构中获取灵感提出了一种基于三元纳米复合Fe₂O₃/C@SnO₂的新型压力传感器，该传感器具有高灵敏度和宽压力检测范围，在可穿戴电子设备和健康监测领域具有广阔的应用前景。（Nat. Commun. 2021, 12, 1776）。提出了具有良好机械性能和声学性能的石墨烯电子皮肤，可以对心脑血管疾病和睡眠性呼吸暂停等疾病进行有效检测和预警。（Adv. Funct. Mater. 2019, 29 (51), 1904706.）通过激光诱导石墨烯技术，实现了单个设备进行声音检测和声音发射的功能集成，在语音控制领域开辟了实际应用前景（Nat. Commun. 2017, 8 (1), 14579）。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c23725

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