人機界面（HMI）在人與機器人之間建立了互連的橋梁，在工業(yè)、醫(yī)療和消費電子等領域發(fā)揮著重要作用。然而，傳統(tǒng)的人機界面笨重、剛性且功能單一。由于缺乏提供給用戶的觸覺反饋，其可應用的場景和在動態(tài)環(huán)境中完成復雜任務的能力受到限制。因此，開發(fā)一種結構緊湊、能夠在動態(tài)環(huán)境中發(fā)送控制命令并接收反饋信息的雙向人機界面變得至關重要，以使用戶在閉環(huán)人機界面（CL-HMI）系統(tǒng)中獲得更好的觸覺反饋。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，澳門大學徐青松教授團隊提出一種新型柔性雙向（FBD）界面，可用于實現(xiàn)CL-HMI在動態(tài)環(huán)境中執(zhí)行復雜任務。相關研究成果以“A Flexible Bidirectional Interface with Integrated Multimodal Sensing and Haptic Feedback for Closed-Loop Human–Machine Interaction”為題發(fā)表在Advanced Intelligent Systems期刊。

這項研究工作提出了一種集成多模態(tài)傳感與觸覺反饋的FBD界面，并開發(fā)了基于該界面的CL-HMI系統(tǒng)。所提出的FBD界面能通過紐扣式振動電機陣列提供可編程的觸覺反饋，這對于實現(xiàn)動態(tài)運動中的復雜交互至關重要。多模態(tài)傳感陣列可以精確感知關節(jié)的運動信號和施加在皮膚上的壓力。FBD界面具有靈活和結構緊湊等優(yōu)勢。通過引入多層堆疊的模塊化設計，F(xiàn)BD界面實現(xiàn)了3.9 mm薄而緊湊的結構，優(yōu)異的材料和組件為其提供了理想的柔性，可以與皮膚很好地貼合，從而確保信息傳輸?shù)目煽啃院团宕鞯氖孢m性。

FBD界面的設計、工作原理及制作

研究人員通過實驗驗證了帶有驅(qū)動和多傳感模塊的FBD界面在靜態(tài)和動態(tài)條件下的良好性能，多模態(tài)傳感模塊能夠準確感知人體的各種靜態(tài)和動態(tài)運動，驅(qū)動模塊可以提供不同的觸覺振動反饋，向用戶傳遞不同的信息。基于FBD界面的CL-HMI系統(tǒng)在雙邊機器人遠程操控、帶碰撞提醒的無人地面車輛（UGV）遙控、觸覺對話、觸覺導航等一系列場景中展現(xiàn)出極大優(yōu)勢，在工業(yè)、康復、娛樂等領域展示出高度的通用性和廣泛的應用潛力。

FBD界面的特征

CL-HMI系統(tǒng)在機器人遠程操控場景中的應用

CL-HMI系統(tǒng)在殘疾人輔助場景中的應用

總之，這項研究工作提出的基于FBD界面的CL-HMI系統(tǒng)增強了人機交互的直觀性和便利性，消除了對繁重、昂貴、專業(yè)設備的需求，同時為用戶提供了寶貴的觸覺反饋，能夠在動態(tài)環(huán)境中執(zhí)行復雜任務。作為一個皮膚集成界面，它可以產(chǎn)生觸覺振動，為用戶提供外部反饋信息，并精確感知皮膚的變形以檢測用戶的動作。基于FBD界面的CL-HMI系統(tǒng)在多個場景中的成功應用證明了其在機器人控制、殘疾護理等諸多領域的巨大潛力。

編輯：黃飛

?