石墨烯传感器助力“意念控制”机器人

一种集成到蓝色头带中的新传感器设计用于仅使用脑电波无线控制机器人。图片来源：《ACS应用纳米材料》

戴上专门的电子头带，用人的意念控制机器人，这听起来似乎只是科幻小说中存在的情节。但现在，发表在美国化学会《ACS应用纳米材料》上的研究向实现这一目标迈出了一步。通过设计一种不依赖于黏性导电凝胶的特殊3D图案结构，澳大利亚悉尼科技大学团队创造出了可测量大脑电活动的“干式”传感器，在不平整的头部曲线和千丝万缕的头发中也能轻松使用。

医生使用脑电波监测来自大脑的电信号，其中专门的电极被植入或放置在头部表面。脑电波有助于诊断神经疾病，但它也可被结合到脑机接口中，这种接口使用脑波来控制外部设备，如假肢、机器人甚至视频游戏。

大多数非侵入性的产品都使用“湿”传感器，这些传感器用一种黏糊糊的凝胶贴在头上，会刺激头皮，有时还会引发过敏反应。

作为替代方案，研究人员一直在开发不需要凝胶的“干式”传感器。尽管像石墨烯这样的纳米材料可能是一个合适的选择，但它们扁平和典型的片状性质使它们与人类头部不平坦的曲线不相容，尤其是长时间使用时。因此，研究人员想要创造一种基于多晶石墨烯的3D传感器，可准确地监测大脑活动，而不会产生任何黏性。

该团队创造了几种具有不同形状和图案的3D石墨烯涂层结构，每个结构的厚度约为10微米。测试表明，石墨烯传感器在枕骨区域的弯曲、头发茂盛的表面效果最好，枕骨区域是大脑视觉皮层所在的头颅底部位置。

研究小组将8个这样的传感器整合到一个弹性头带中，并固定在枕骨区域。当与显示视觉提示的增强现实耳机相结合时，电极可检测到正在观看的提示，然后与计算机合作，将信号解析为控制四条腿机器人运动的命令，该过程完全解放双手。

尽管新电极的工作效果不如湿式传感器，但研究人员表示，这项工作代表着朝着开发坚固、易于实现的干式传感器迈出了第一步，可帮助扩大脑机接口的应用。