非接触式屏幕传感器解锁智能手机使人机交互更高效

智能人机界面（HMI）是人与电子设备之间交换信息的重要介质。触摸屏传感器作为最重要的HMI设备之一，已广泛应用于各种电子产品中，电容式传感器是触摸屏中最常用的方法，在当前的智能手机中得到广泛应用。但是，电容式传感器 *** 作取决于手指与屏幕之间的接触，只能检测有限的手势，如触摸和滑动等，这极大地限制了人类手部动作的可能性和多功能性。如果不需要接触动作，并给人的手部动作更多的自由度，则可以识别更多种手势，同时，非接触感测方法可以改善 *** 作体验的舒适性和手部卫生。因此，亟需具有非接触 *** 作模式的屏幕传感器来解决常规电容式触摸屏传感器的诸多限制。

近期，郑州大学的毛彦超副教授报道一种非接触式屏幕传感器（TSS），能够通过人体自然携带的电荷在非接触模式下识别各种手势，并进一步开发了智能非接触式屏幕控制系统，通过非接触式 *** 作模式解锁智能手机。首次提出了以人体自身摩擦电参与非接触式感应的概念，以开发用于智能电子产品的下一代屏幕传感器。它可以改变人们 *** 作电子产品的方式，为用户带来更大的自由度，使人机之间的交互变得更加高效和引人入胜。

TSS单元的基本结构

如图1所示，研究人员通过化学气相沉积法在Cu箔上生长一层石墨烯（GR）；随后，将PMMA层旋涂在石墨烯表面；然后，将Cu箔腐蚀以形成PMMA/GR结构。

同时，将PET基板涂覆在ITO层上；通过激光蚀刻将ITO层制成正方形框；然后，通过ITO/PET吸附PMMA/GR；随后，用丙酮将PMMA层腐蚀，即可获得具有GR/ITO/PET多次结构的传感器单元。

图1. TSS制造工艺图

TSS的工作机制

由于TSS基于单层石墨烯和PET的基板，如图2所示，其轻巧、灵活和透明的特性使TSS可以轻松集成到智能个人电子设备的屏幕中。配备了TSS的智能手机可以在非接触模式下运行，图2b显示了由十个传感器单元组成的TSS装置，每个单元都具有GR/ITO/PET的多层结构。

TSS的运行方式是非接触式的，其工作原理是基于摩擦起电和静电感应。由于脚底与地面之间的摩擦起电效应，人体通常带负电荷，当手指以非接触方式在TSS顶部移动时，由于静电感应，TSS表面上的电荷分布将发生变化，然后在电路中产生信号。

图2. TSS结构和性能图

TSS的非接触式手势识别

图3、4显示了TSS可以在非接触模式下通过手指 *** 作以生成相应的电信号，并且可以根据不同类型的手势产生相应的电信号，因此有望将识别手势的类型扩展为新一代的屏幕传感器。

图3. TSS的非接触手势识别

图4. TSS的非接触信号识别

智能非接触式屏幕控制系统

TSS的非接触式工作模式可以大大改善电子屏幕的 *** 作体验，并使屏幕更加卫生。研究人员进一步开发了智能非接触式屏幕控制系统。如图5所示，研究人员设计了一个智能手机解锁界面，数字0–9分别对应于10个TSS传感器单元。

研究人员将密码预设为1679，当手指按顺序输入密码时，传感器单元在特定位置产生电信号，智能手机界面即可如图6所示的非接触式 *** 作成功解锁。这表明了TSS在开发用于智能电子产品的下一代屏幕传感器方面的巨大潜力。

图5. TSS在智能非接触式屏幕控制系统中的应用

图6. 非接触 *** 作模式解锁智能手机界面演示

本篇文章中，研究人员开发了非接触式屏幕传感器，可以通过人体电荷来识别非接触 *** 作模式下的各种手势，并进一步开发了智能非接触式屏幕控制系统，能够通过非接触式 *** 作实现智能手机界面的解锁。我们相信，这项技术将在智能人机交互领域得到更加广泛的应用，有望改变人们 *** 作电子产品的方式！

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