CN112611401B - 一种柔性摩擦纳米传感器及人机交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人机交互领域领域，公开了一种柔性摩擦纳米传感器及人机交互系统。该柔性摩擦纳米传感器用于贴附至生物体能够发生褶皱的皮肤表面，包括层叠设置的第一摩擦层与第二摩擦层，第一摩擦层包括裸露的第一区域以及被第二摩擦层覆盖的第二区域；当柔性摩擦纳米传感器随生物体的皮肤发生褶皱时，第二摩擦层至少部分与第一区域接触；当柔性摩擦纳米传感器随生物体的皮肤舒展时，第二摩擦层与第一区域分离；柔性摩擦纳米传感器还包括导电元件，导电元件用于在第二摩擦层与第一区域发生接触、分离的过程中产生电信号。该柔性摩擦纳米传感器的厚度较薄、结构简单，可以贴附至生物体容易控制且能发生褶皱的皮肤表面。

Description

一种柔性摩擦纳米传感器及人机交互系统

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种柔性摩擦纳米传感器及人机交互系统。

背景技术

现有技术中，摩擦纳米传感器通常包括第一摩擦层、第二摩擦层以及导电部，第一摩擦层与第二摩擦层之间设置有空间保持件，空间保持件使得第一摩擦层与第二摩擦层之间保持有一定的间距。

该摩擦纳米传感器的原理为：在外力的作用下，第一摩擦层与第二摩擦层至少部分接触，并产生等量电性相反的静电电荷，在外力撤销后，第一摩擦层与第二摩擦层通过空间保持件恢复原有间距；第一摩擦层与第二摩擦层反复发生接触分离的过程中，导电部将感应产生静电电荷，并向外输出电信号。

由于第一摩擦层与第二摩擦层之间设有空腔，使得摩擦纳米传感器的厚度较厚，结构也相对复杂；并且，当该摩擦纳米传感器应用在生物体上时，第一摩擦层与第二摩擦层必须能够十分灵敏的响应肌肉的微动变化而发生接触/分离，因此，对安装具有一定的限制。

发明内容

本发明提供一种柔性摩擦纳米传感器及人机交互系统，该柔性摩擦纳米传感器的结构简单、厚度较薄，可以贴附至生物体容易控制且能发生褶皱的皮肤表面，应用十分广泛。

第一方面，本发明实施例提供了一种柔性摩擦纳米传感器，该柔性摩擦纳米传感器用于贴附至生物体能够发生褶皱的皮肤表面，包括层叠设置的第一摩擦层与第二摩擦层，所述第一摩擦层包括裸露的第一区域以及被所述第二摩擦层覆盖的第二区域；

当所述柔性摩擦纳米传感器随所述生物体的皮肤发生褶皱时，所述第二摩擦层至少部分与所述第一区域接触；

当所述柔性摩擦纳米传感器随所述生物体的皮肤舒展时，所述第二摩擦层与所述第一区域分离；

所述柔性摩擦纳米传感器还包括导电元件，所述导电元件用于在所述第二摩擦层与所述第一区域发生接触分离的过程中产生电信号。

上述实施例中，柔性摩擦纳米传感器贴附在生物体能够发生褶皱的皮肤表面，当生物体的皮肤发生褶皱时，柔性摩擦纳米传感器也将随之发生褶皱，此时，第二摩擦层至少部分与第一摩擦层的第一区域接触；当生物体的皮肤舒展时，柔性摩擦纳米传感器也将随之舒展，此时，第二摩擦层与第一摩擦层的第一区域分离；根据摩擦起电原理，第二摩擦层与第一摩擦层之间将产生等量且电性相反的静电电荷，根据静电感应原理，在第二摩擦层与第一摩擦层的第一区域发生接触、分离时，导电元件将产生电荷变化，从而产生电信号。由于第一摩擦层与第二摩擦层贴合，取消了两者之间的空腔，因此，该传感器的厚度较薄，且结构简单，可以贴附在生物体容易支配、且能够发生褶皱的任意一个部位的皮肤表面，应用十分广泛。

可选的，所述导电元件包括至少一个导电部，所述导电部设置在所述第一摩擦层的表面，且所述导电部成曲线状或折线状延伸。

可选的，所述导电部设置在所述第一摩擦层朝向所述第二摩擦层的表面；

所述第一摩擦层为基底层，所述基底层用于贴附至所述生物体能够发生褶皱的皮肤表面。

可选的，所述导电部设置在所述第一摩擦层背离所述第二摩擦层的表面；

所述柔性摩擦纳米传感器还包括基底层，所述基底层设置在所述导电部背离所述第一摩擦层的表面，且所述基底层用于贴附至所述生物体能够发生褶皱的皮肤表面。

可选的，所述基底层为采用柔性且生物相容的材料制备形成的膜层。

可选的，所述第二摩擦层包括至少一个摩擦部，所述摩擦部在所述第一摩擦层背离皮肤表面的一侧呈曲线状或折线状延伸。

上述可选的实施方式中，在生物体的皮肤发生褶皱时，曲线状或折线状的摩擦部更容易与第一区域发生接触。

可选的，所述摩擦部呈波浪线状延伸。

可选的，所述第二摩擦层覆盖所述至少一个导电部，并形成所述柔性摩擦纳米传感器的封装层。

可选的，所述第一摩擦层与所述第二摩擦层为柔性且存在摩擦电极序差异的材料制备形成的膜层。

第二方面，本发明实施例还提供了一种人机交互系统，该人机交互系统包括上述任一项技术方案中所述的柔性摩擦纳米传感器、处理模块、传输模块，以及控制设备，其中：

所述处理模块，与所述柔性摩擦纳米传感器的导电元件电连接，用于接收所述柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，并根据所述电信号生成摩斯电码信息，所述摩斯电码信息由摩斯电码长符和摩斯电码短符组成；

所述传输模块，与所述处理模块连接，用于接收所述处理模块发送的摩斯电码信息，并将所述摩斯电码信息发送至所述控制设备。

上述实施例中，当在生物体有意识的控制下，皮肤表层按照一定的规律发生褶皱或舒展时，柔性摩擦纳米传感器也将随之变化，并产生与皮肤这种规律性的变化相对应的电信号输出；处理模块则根据柔性摩擦纳米传感器输出的电信号生成摩斯电码信息，并由传输模块传输至控制设备，控制设备可以为手机、电脑、智能家电等终端设备，通过控制设备的处理可以将摩斯电码信息转化为语音、文字等信息，方便残障人士的使用。

可选的，所述柔性摩擦纳米传感器的数量为一个，其中：

所述处理模块，具体用于当所述电信号中相邻的两个波峰与波谷之间的时间差大于设定的时间阈值时，生成所述摩斯电码长符；当所述电信号中相邻的两个波峰与波谷之间的时间差小于设定的时间阈值时，生成所述摩斯电码短符；

还用于将所述摩斯电码长符和所述摩斯电码短符按时序组合形成所述摩斯电码信息。

可选的，所述柔性摩擦纳米传感器的数量为两个，分别为第一柔性摩擦纳米传感器与第二柔性摩擦纳米传感器，其中：

所述第一柔性摩擦纳米传感器与所述第二柔性摩擦纳米传感器分别贴附于所述生物体的不同部位；

针对所述第一柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，所述处理模块具体用于当相邻的两个波峰与波谷的峰峰值大于设定的幅度阈值时，生成摩斯电码长符；

针对所述第二柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，所述处理模块具体用于当相邻的两个波峰与波谷的峰峰值大于设定的幅度阈值时，生成摩斯电码短符；

所述处理模块还用于将所述摩斯电码长符和所述摩斯电码短符按时序组合形成所述摩斯电码信息。

可选的，还包括固定元件，所述固定元件用于固定所述处理模块以及所述传输模块，且所述固定元件可穿戴于所述生物体上。

附图说明

为了更好地理解本发明，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本公开的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图标记在各个附图中表示相同或类似的部件。

图1为本发明实施例提供的柔性摩擦纳米传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的柔性摩擦纳米传感器的结构爆炸图；

图3为本发明实施例提供的第一摩擦层的俯视图；

图4为本发明实施例提供的一种摩擦部的俯视图。

附图标记：

10-第一摩擦层

11-第一区域 12-第二区域

20-第二摩擦层 21-摩擦部

30-导电部

具体实施方式

本发明实施例提供了一种柔性摩擦纳米传感器及人机交互系统，柔性摩擦纳米传感器的结构简单、厚度较薄，能够灵敏地感知皮肤的形貌变化而发生接触、分离，并产生电信号输出。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图3所示，该柔性摩擦纳米传感器用于贴附至生物体能够发生褶皱的皮肤表面，包括层叠设置的第一摩擦层10与第二摩擦层20，第一摩擦层10包括裸露的第一区域11以及被第二摩擦层20覆盖的第二区域12；

当柔性摩擦纳米传感器随生物体的皮肤发生褶皱时，第二摩擦层20至少部分与第一区域11接触；

当柔性摩擦纳米传感器随生物体的皮肤舒展时，第二摩擦层20与第一区域11分离；

柔性摩擦纳米传感器还包括导电元件，导电元件用于在第二摩擦层20与第一区域11发生接触、分离的过程中产生电信号。

其中，第一摩擦层10与第二摩擦层20之间层叠设置，这里的“层叠设置”既可以为两个摩擦层直接接触，也可以为两个摩擦层之间被其他膜层间隔开，但相邻的两个膜层之间紧密贴合，没有形成空腔，如此，使得该柔性摩擦纳米传感器的厚度较薄，通常情况下，该柔性摩擦纳米传感器的厚度可以减小至1mm以下。

在制备过程中，选用柔性良好的膜层依次层叠形成上述柔性摩擦纳米传感器，工艺相对简单，如此，降低了加工难度以及加工成本；该柔性摩擦纳米传感器的形状可以为圆形、椭圆形、多边形等，具体可以根据需要进行选择，在此不进行限定。

由于该柔性摩擦纳米传感器厚度较薄且具有柔性，该传感器可以贴附在生物体容易支配、且能够发生褶皱的任意一个部位的皮肤表面，使用范围十分广泛，同时，也能够十分灵敏的响应生物体皮肤表面的形貌变化。

本实施例中，该生物体指人体，在人体有意识的控制下，人体一些部位的皮肤可以发生褶皱或舒展，当柔性摩擦纳米传感器贴附至这些部位的皮肤表面时，柔性摩擦纳米传感器可以随皮肤的褶皱而发生褶皱，或者，随皮肤的舒展而舒展。

例如，人体的一些关节，如肘关节、腕关节、手指关节、膝关节、脚趾关节等，柔性摩擦纳米传感器可以贴附在这些关节的内侧或外侧；以肘关节为例，在使用过程中，可以将柔性摩擦纳米传感器贴附在肘关节的内侧，当将手臂弯曲时，肘关节内侧的皮肤将发生褶皱，柔性摩擦纳米传感器也随之发生褶皱，当将手臂伸直时，肘关节内侧的皮肤将重新舒展，柔性摩擦纳米传感器也随之舒展。

除了人体上的关节部位，柔性摩擦纳米传感器还可以贴附在其他部位，如人体面部的眼角位置，当人体微笑时，眼角位置的皮肤也会发生褶皱，如此，通过面部表情的变化也可以触发柔性摩擦纳米传感器。

具体来说，结合图1、图3所示，该柔性摩擦纳米传感器中，第二摩擦层20在第一摩擦层10上的投影位于第一摩擦层10内部，换而言之，第一摩擦层10上有部分区域被第二摩擦层20覆盖，部分区域未被第二摩擦层20覆盖，将被第二摩擦层20覆盖的区域记为第二区域12，未被第二摩擦层20覆盖而裸露的区域则记为第一区域11。该柔性摩擦纳米传感器在舒展状态下，第一摩擦层10与第二摩擦层20均未发生折叠或褶皱，第二摩擦层20不会与第一摩擦层10的第一区域11发生接触；该柔性摩擦纳米传感器在褶皱状态下，第一摩擦层10、第二摩擦层20也将发生褶皱、折叠等变形，使得第二摩擦层20至少部分能够与第一摩擦层10的第一区域11接触。

该柔性摩擦纳米传感器被设置工作于接触分离模式，伴随着皮肤表面的形貌变化，第二摩擦层20和第一摩擦层10的第一区域11之间将发生接触、分离，根据摩擦接触起电和静电感应原理，带有负载的导电元件上将产生电荷变化，从而产生电信号，达到自驱动响应皮肤表面形貌变化的目的。

如此，在人体有意识的控制下，通过使特定部位的皮肤按照一定的规律反复发生褶皱、舒展，从而带动柔性摩擦纳米传感器发生形变，使第二摩擦层20与第一摩擦层10的第一区域11反复发生接触、分离，从而产生与皮肤这种规律性的变化相对应的电信号。以上所述的“规律”可以为人体在有意识的控制下，发生一连串动作时，每次动作中使特定部位的皮肤由褶皱状态恢复至舒展状态的时长变化规律。

优选的，第二摩擦层20为异形结构，包括不规则的线条、图形等，目的在于当皮肤发生褶皱时，增大第二摩擦层20与第一摩擦层10的第一区域11发生接触的面积。

具体的，第二摩擦层20包括至少一个摩擦部21，摩擦部21在第一摩擦层10背离皮肤表面的一侧呈曲线状或折线状延伸，当皮肤发生褶皱时，摩擦部21与第一摩擦层10也将随之发生褶皱、折叠等变形，使得摩擦部21容易与第一摩擦层10的第一区域11发生接触，从而产生摩擦起电效应。

可选的，如图1、图2所示，摩擦部21呈波浪状延伸。进一步的，波浪状的摩擦部21的幅值可以沿长度方向逐渐增加或逐渐减小，也可以随机变化；还可以为规律性的波形，如正弦波、余弦波等。

除波浪状以外，如图4所示，摩擦部21还可以呈锯齿状延伸，也可以为其它形状，在此不一一列举。

摩擦部21的数量可以为一个，也可以为多个，针对多个摩擦部21的情况，以第一摩擦层20为矩形为例，这些摩擦部21可以平行于第一摩擦层20的长边或短边排列设置，也可以随机设置，具体根据情况进行设定。

柔性摩擦纳米传感器中，导电元件包括至少一个导电部30，导电部30设置在第一摩擦层10的表面，导电部30呈曲线状或折线状延伸，如此，导电部30可以灵敏的响应皮肤的褶皱变化，并作为该柔性摩擦纳米传感器的电信号输出端。针对多个导电部30的情况，这些导电部30可以位于第一摩擦层10表面的不同位置，以探测不同位置的微动信号。本申请实施例中，以导电元件包括一个导电部30为例进行具体说明。

导电部30、第一摩擦层10、第二摩擦层20这三个膜层之间的位置关系可以有以下两种形式，具体为：

形式一：

导电部30可以设置在第一摩擦层10朝向第二摩擦层20的表面，第一摩擦层10则作为基底层，用于贴附至生物体能够发生褶皱的皮肤表面。

优选的，第二摩擦层20覆盖导电部30，并形成柔性摩擦纳米传感器的封装层，如图2所示，该柔性摩擦纳米传感器包括朝远离皮肤表面的方向依次层叠设置的第一摩擦层10、导电部30、第二摩擦层20，该柔性摩擦纳米传感器结构简单、厚度较薄，该柔性摩擦纳米传感器的厚度通常小于1mm。

优选的，导电部30与第二摩擦层20的形状相同，如图2所示，导电部30与第二摩擦层20均为波浪状。进一步的，当第二摩擦层20包括多个摩擦部21时，也可以在每个摩擦部21下方设置一个导电部30。

形式二：

导电部30设置在第一摩擦层10背离第二摩擦层20的表面；

柔性摩擦纳米传感器还包括基底层，基底层设置在导电部30背离第一摩擦层10的表面，且基底层用于贴附至生物体能够发生褶皱的皮肤表面。

如此，该柔性摩擦纳米传感器包括朝远离皮肤表面的方向依次层叠设置的基底层、导电部30、第一摩擦层10、第二摩擦层20，由于相邻的膜层之间没有空腔，因此，该柔性摩擦纳米传感器的整体较薄。

本实施例中，如图1、图2所示，该柔性摩擦纳米传感器中，导电部30的数量为一个，且采用第一种形式，形成单电极结构，除了单电极结构外，还可以同时在第一摩擦层10朝向第二摩擦层20的表面以及第一摩擦层10背离第二摩擦层20的表面设置一个导电部30，形成双电极结构，相对于单电极结构而言，双电极结构输出的电信号较强。本申请实施例中以具有单电极结构的柔性摩擦纳米传感器为例进行说明。

由于基底层与人体皮肤表面直接接触，为了提高舒适度，防止皮肤过敏，可选的，基底层为采用柔性且生物相容的材料制备形成的膜层，可以选自聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜、硅胶薄膜、聚乳酸(PLA)/聚乙烯醇(PVA)复合薄膜、聚乳酸(PLA)/聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)共混膜、壳聚糖薄膜等。

第一摩擦层10与第二摩擦层20为柔性且存在摩擦电极序差异的材料制备形成的膜层，以便于产生摩擦起电效应。由于第二摩擦层20不与皮肤发生直接接触，第二摩擦层20可以通过在柔性高分子材料中添加高分子材料粉末制成，其中，高分子材料粉末包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯等。具体的，柔性摩擦材料中高分子材料粉末的重量是可固化柔性高分子材料重量的1-2倍。

导电部30可以选自银纳米线薄膜、等离子凝胶、柔性导电高分子材料。其中，柔性导电高分子材料通常在硅胶、聚二甲基硅氧烷等柔性高分子材料中添加炭黑以及纳米导电材料。

可选的，柔性导电高分子材料中可固化柔性高分子材料、炭黑、纳米导电材料重量的优选比例为30:2:1，该纳米导电材料包括导电碳纤维、碳纳米管、石墨烯、银纳米线等。

本发明实施例还提供了一种人机交互系统，包括上述任意一种技术方案中所述的柔性摩擦纳米传感器，处理模块、传输模块，以及控制设备，其中：

处理模块，与柔性摩擦纳米传感器的导电元件电连接，用于接收柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，并根据该电信号生成摩斯电码信息，摩斯电码信息由摩斯电码长符和摩斯电码短符组成；

传输模块，与处理模块连接，用于接收处理模块发送的摩斯电码信息，并将摩斯电码信息发送至控制设备。

其中，单个的摩斯电码长符、单个的摩斯电码短符以及摩斯电码长符与摩斯电码短符的组合可以分别代表不同的字母、数字、字符等。

传输模块与控制设备之间可以通过蓝牙通讯方式进行传输，也可以通过WiFi等形式传输。

上述实施例中，当在生物体有意识的控制下，皮肤表层发生形貌变化时，柔性摩擦纳米传感器也将随之变化，并产生电信号输出；处理模块根据柔性摩擦纳米传感器输出的电信号生成摩斯电码信息，并由传输模块传输至控制设备，控制设备可以为服务器，通过服务器可以对摩斯电码信息进行处理；也可以为手机、电脑等终端设备，这些终端设备具有将摩斯电码信息转化为语音信息或文字信息的功能模块，从而帮助残障人士实现与外界的沟通交流；控制设备还可以为电视机、空调设备、灯光等智能家电，通过将摩斯电码信息转化为相应的控制指令，使得残障人士可以方便的使用这些家电，以方便生活，提高生活质量。

在人机交互系统中，可以基于单柔性摩擦纳米传感器去实现智能交互，也可以基于双柔性摩擦纳米传感器去实现智能交互。

例如，柔性摩擦纳米传感器的数量为一个，其中：

处理模块，具体用于当柔性摩擦纳米传感器输出的电信号中相邻的两个波峰与波谷之间的时间差大于设定的时间阈值时，生成摩斯电码长符；当电信号中相邻的两个波峰与波谷之间的时间差小于设定的时间阈值时，生成摩斯电码短符；

且处理模块还用于将摩斯电码长符和摩斯电码短符按时序组合形成摩斯电码信息。

该柔性摩擦纳米传感器在响应每次触发时，输出波形中相邻的波峰(波谷)和波谷(波峰)分别对应着第二摩擦层20和第一摩擦层10的第一区域11之间的接触和分离。对于单传感器则通过每次触发时长，即波峰、波谷的峰值所对应的时间差T来区分摩斯密码的长符与短符，具体的，根据实际情况设定时间阈值Tt，当T>Tt时，表示输入长符，反之则表示输入短符。

现以将该柔性摩擦纳米传感器贴附至人体的肘部内侧为例进行说明，当需要输出字符“L”时，使人体的手臂弯曲后伸直，依次重复四次，通过控制手臂每次由弯曲状态恢复伸直状态的时间间隔，使得根据该柔性摩擦纳米传感器输出的电信号以及上述判断方法可以生成摩斯电码短符、摩斯电码长符、摩斯电码短符、摩斯电码短符，这一串按时序排列的摩斯电码符号则代表字符“L”。

又例如，该柔性摩擦纳米传感器的数量为两个，分别为第一柔性摩擦纳米传感器与第二柔性摩擦纳米传感器，其中：

第一柔性摩擦纳米传感器与第二柔性摩擦纳米传感器分别贴附于生物体的不同部位；

针对第一柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，处理模块具体用于当相邻的两个波峰与波谷的峰峰值大于设定的幅度阈值时，生成摩斯电码长符；

针对第二柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，处理模块具体用于当相邻的两个波峰与波谷的峰峰值大于设定的幅度阈值时，生成摩斯电码短符；

处理模块还用于将摩斯电码长符和摩斯电码短符按时序组合形成摩斯电码信息。

本实施例中，对于双传感器，通过分别控制长符和短符的输入，使得效率成倍提高。在使用过程中，可以根据实际情况设定幅度阈值Vt，当第一柔性摩擦纳米传感器输出的电信号对应波形的峰峰值V超过设定的幅度阈值Vt，则表示输入长符，当第二柔性摩擦纳米传感器输出的电信号对应波形的峰峰值V超过设定的幅度阈值Vt，则表示输入短符。

现以将两个柔性摩擦纳米传感器分别贴附至人体的左右臂的肘部内侧为例进行说明，为了便于描述，将与第一柔性摩擦纳米传感器对应的手臂记为第一臂，另一个手臂记为第二臂，当需要输出字符“L”时，则按照第一臂、第二臂、第一臂、第一臂的顺序使对应的手臂发生弯曲后伸直，则根据对应的柔性摩擦纳米传感器输出的电信号以及上述判断方法可以得到摩斯电码短符、摩斯电码长符、摩斯电码短符、摩斯电码短符，这一串按时序排列的摩斯电码符号则代表字符“L”。

针对不同的应用目的和不同传感器数量可以构建不同的控制策略。接下来以常用的确定、返回、移动等功能按键为例进行阐述。对于单传感器而言确定、返回的功能可以通过触发时长来区别。由于残障人士无法像正常人那般移动光标，所以可以根据定制应用提供选择窗口，除了传统的自动循环扫描，还可以根据摩斯电码的编码方式，通过输入“U”、“D”、“L”、“R”或者“S”、“X”、“Z”、“Y”控制其上下左右的移动，通过输入“F”控制智能手机功能界面翻页等。

而对于双传感器，除了可以采用单传感器的控制策略，还可以根据需求另行设计。比如，通过两个传感器单次同时触发表示确定功能，双次同时触发表示返回功能，两个传感器分别表示选择窗口左移和右移且能够自动跳行，传感器的长时间触发则表示智能手机功能界面的向左或向右翻页。

基于单电极柔性摩擦纳米传感器去实现智能交互，其功能在实现基本的智语音交流功能的基础上，不仅可以实现网络畅游，还可以与电视机、空调设备、灯光等智能家居设备进行智能交互。智能语音交流功能则将直接结合手机自带输入法实现输入内容智能匹配，在使用前期可以在正常人的协助下对常用信息进行训练以助于输入内容的智能匹配。智能家居远程控制主要用到选择窗口移动、确定、返回等功能，可采用自动循环扫描和自主控制两种方式。网络畅游则是文字信息录入和选择窗口控制的有机结合。该智能交互功能的实现将极大满足残障人士等特殊群体与世界进行沟通的人文需求。

该人机交互系统中，还包括固定元件，固定元件用于固定处理模块以及传输模块，且固定元件可穿戴于生物体上，例如，固定元件可以穿戴于生物体的四肢、躯干、头部等任意部位。

通过以上描述可以看出，本发明实施例中，将柔性摩擦纳米传感器贴附至容易被人体支配且可发生褶皱的皮肤表面，通过灵敏响应皮肤表面的形貌变化并自驱动产生与之相匹配的信号输出，进而采用摩斯编码的形式通过蓝牙通信方式将信号传输至智能手机等终端设备，并以终端设备为控制载体，通过集成定制的控制应用，在实现基本的智语音交流功能的基础上，不仅可以实现网络畅游，还将与电视机、空调设备、灯光等智能家居设备进行智能交互。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述柔性摩擦纳米传感器用于贴附至生物体能够发生褶皱的皮肤表面，包括沿远离皮肤表面的方向依次层叠设置的第一摩擦层与第二摩擦层，所述第一摩擦层包括裸露的第一区域以及被所述第二摩擦层覆盖的第二区域，所述第二摩擦层在所述第一摩擦层表面的投影与所述第二区域重合；

当所述柔性摩擦纳米传感器随所述生物体的皮肤发生褶皱时，所述第二摩擦层至少部分与所述第一区域接触；

当所述柔性摩擦纳米传感器随所述生物体的皮肤舒展时，所述第二摩擦层与所述第一区域分离；

所述柔性摩擦纳米传感器还包括导电元件，所述导电元件用于在所述第二摩擦层与所述第一区域发生接触、分离的过程中产生电信号。

2.如权利要求1所述的柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述导电元件包括至少一个导电部，所述导电部设置在所述第一摩擦层的表面，且所述导电部呈曲线状或折线状延伸。

3.如权利要求2所述的柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述导电部设置在所述第一摩擦层朝向所述第二摩擦层的表面；

所述第一摩擦层为基底层，所述基底层用于贴附至所述生物体能够发生褶皱的皮肤表面。

4.如权利要求2所述的柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述导电部设置在所述第一摩擦层背离所述第二摩擦层的表面；

所述柔性摩擦纳米传感器还包括基底层，所述基底层设置在所述导电部背离所述第一摩擦层的表面，且所述基底层用于贴附至所述生物体能够发生褶皱的皮肤表面。

5.如权利要求3或4所述的柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述基底层为采用柔性且生物相容的材料制备形成的膜层。

6.如权利要求1～4任一项所述的柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述第二摩擦层包括至少一个摩擦部，所述摩擦部在所述第一摩擦层背离皮肤表面的一侧呈曲线状或折线状延伸。

7.如权利要求2所述的柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述第二摩擦层覆盖所述至少一个导电部，并形成所述柔性摩擦纳米传感器的封装层。

8.如权利要求1所述的柔性摩擦纳米传感器，其特征在于，所述第一摩擦层与所述第二摩擦层为柔性且存在摩擦电极序差异的材料制备形成的膜层。

9.一种人机交互系统，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的柔性摩擦纳米传感器、处理模块、传输模块，以及控制设备，其中：

所述处理模块，与所述柔性摩擦纳米传感器的导电元件电连接，用于接收所述柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，并根据所述电信号生成摩斯电码信息，所述摩斯电码信息由摩斯电码长符和摩斯电码短符组成；

所述传输模块，与所述处理模块连接，用于接收所述处理模块发送的摩斯电码信息，并将所述摩斯电码信息发送至所述控制设备。

10.如权利要求9所述的人机交互系统，其特征在于，所述柔性摩擦纳米传感器的数量为一个，其中：

所述处理模块，具体用于当所述电信号中相邻的两个波峰与波谷之间的时间差大于设定的时间阈值时，生成所述摩斯电码长符；当所述电信号中相邻的两个波峰与波谷之间的时间差小于设定的时间阈值时，生成所述摩斯电码短符；

还用于将所述摩斯电码长符和所述摩斯电码短符按时序组合形成所述摩斯电码信息。

11.如权利要求9所述的人机交互系统，其特征在于，所述柔性摩擦纳米传感器的数量为两个，分别为第一柔性摩擦纳米传感器与第二柔性摩擦纳米传感器，其中：

所述第一柔性摩擦纳米传感器与所述第二柔性摩擦纳米传感器分别贴附于所述生物体的不同部位；

针对所述第一柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，所述处理模块具体用于当相邻的两个波峰与波谷的峰峰值大于设定的幅度阈值时，生成摩斯电码长符；

针对所述第二柔性摩擦纳米传感器输出的电信号，所述处理模块具体用于当相邻的两个波峰与波谷的峰峰值大于设定的幅度阈值时，生成摩斯电码短符；

所述处理模块还用于将所述摩斯电码长符和所述摩斯电码短符按时序组合形成所述摩斯电码信息。

12.如权利要求9～11任一项所述的人机交互系统，其特征在于，还包括固定元件，所述固定元件用于固定所述处理模块以及所述传输模块，且所述固定元件可穿戴于所述生物体上。

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