区块链:清华团队将石墨烯带进元宇宙：集成眼动交互和触觉感知的协同界面，可快速准确进行3D人机交互

来源：麻省理工科技评论

原标题：《清华团队将石墨烯带进元宇宙：集成眼动交互和触觉感知的协同界面，拉伸应变可达1000%，界面厚度仅90μm》

时隔不到一月，再发顶刊。继三月所发?Nature论文成果首次实现亚1纳米栅长晶体管之后，清华大学集成电路学院任天令教授团队，结合多年深耕石墨烯研究的基础，着眼于当下正火的元宇宙，研发出一款可集成眼动交互和触觉感知的协同界面，实现了快速准确的3D人机交互。

图|集成眼动交互和触觉感知的协同界面

这款触觉感知界面的厚度仅为90μm，拉伸应变可达1000%。在0-300Pa的小压力范围内，其触觉感知界面的感知单位、也就是触觉传感器的灵敏度，可达1.428kPa-1。

根据触觉传感器像素点的信号时序，该界面可以实现方向控制，比如上、下、左、右等。在辅助眼电信号交互实现三维人机交互方面，该触觉感知界面具有巨大潜力。

清华大学：当前元宇宙产业面临十大潜在风险:12月6日消息，在“中国发展高层论坛青年企业家峰会”上，清华大学新闻学院新媒体研究中心执行主任沈阳介绍了该团队撰写的《2020-2021年元宇宙发展研究报告》。沈阳表示，元宇宙是目前可见的移动互联网的终极形态，但由于元宇宙产业还处于初期发展阶段，具有新兴产业的不成熟、不稳定等特征，存在多重潜在风险。当前元宇宙产业整体处于“亚健康”状态，至少存在十大风险点，亟待产业和市场回归理性。这十大风险点分别是资本操纵、舆论泡沫、伦理制约、垄断张力、产业内卷、算力压力、经济风险、沉迷风险、隐私风险和知识产权保护问题。（163.com）[2021/12/6 12:52:52]

“坦率来讲，我们目前提出了眼电信号与触觉感知协同的人机交互界面，并且已经完成交互界面器件的制备和实验验证。”任天令表示。

清华大学何平：B2B支付将是央行DCEP最大应用场景 不会完全取代现有渠道:日前清华大学经济管理学院中国金融研究中心主任何平教授在接收采访时对央行数字货币（DCEP）、数字资产交易等相关内容进行分析和解读。何平表示，DCEP实际上就是一种电子现金，是货币体系中的M0，其功能属性与纸币完全一样，只是其以数字化形态存在。和纸币相比， B2B支付将是DCEP最大的应用场景，而且随着产业融合趋势加速，B2B的支付场景将不断增加且交易频次更加频繁，DCEP的作用也会更加突出。而对于“DCEP会取代商业银行以及支付宝、微信支付的作用”的说法，何平指出这是不准确的，DCEP并不会完全取代现有渠道，但会增加人们的持币偏好。他判断，DCEP大规模落地应用的时间还不明确。落地前的最大问题是要做好顶层设计，理顺逻辑，避免对现有的货币体系造成太大的冲击，形成混乱。（天天链讯）[2020/6/4]

图|任天令

4月6日，相关论文以《三维人机交互的眼电与触觉协同界面》为题发表在ACSNano上。

现场 | 清华大学邢春晓：区块链已成为经济社会的信任基础设施和重要发展动力:金色财经现场报道，12月21日，第十七届中国企业发展论坛暨第四次中国企业营商环境峰会在人民大会堂举办，在中国区块链企业峰会板块，清华大学信息技术研究院和互联网产业研究院副院长邢春晓表示：区块链正在改善生产关系，也已经成为经济社会的信任基础设施和重要发展动力。从技术发展趋势方面，共识机制、互操作性、安全性、隐私保护、可监管性已经成为核心技术突破的重要研究方向。

在区块链赋能数字中国和智慧城市方面，我们要深刻领会10月24日关于区块链的十八次集体学习精神，总书记指出，五大现有领域，六大发展方向，五大重要作用和六大应用场景，聚焦金融，数字经济，民生，智慧城市，互联互通，电子政务方面，构建区块链赋能的政府治理和社会发展中数据，知识和反馈的科学决策范式，实现数据体系的共建、共享、共建、共治，构建知识体系的多学科、多维度、多视角、多专业，体现区块链驱动的科学决策和发展。

区块链+智慧城市、教育、医疗、金融科技、数字资产交易、精准扶贫、数字知识版权保护等应用都有很大的发展空间。未来区块链发展的建议包括包括：正本清源，营造产业风清气正；深度融合尽快找到大规模杀手级应用；研究核心自主可控技术；培养输送高水平，高层次，复合型优质人才。[2019/12/21]

图|相关论文

声音 | 清华大学罗玫：Libra铺就美元霸权 人民币区块链金融应用刻不容缓:今日，清华经管数字金融资产研究中心罗玫于新浪财经发表文章称，以区块链作为载体的Libra项目，将助推强势美元穿透现有的金融管制，击穿弱势主权货币。这就是为什么Facebook的Libra白皮书发布以后，美联储第一时间采取暧昧默许的态度并表示Libra不在管辖范围，而世界其他央行纷纷反对的原因所在。而开发比Libra更加开放，全世界公有平等共享，基于人民币的区块链金融应用，将成为人民币弯道超车的历史机遇。[2019/6/30]

用最简单的结构，实现最理想的效果

在具体研究细节上，由于该团队此前已具备蜂窝状石墨烯的大规模制备技术，并对其转移技术做了较多探索。因此，最初他们设计并实现了诸多复杂型转移技术，比如静电纺丝、无衬底纹身式等，也曾取得不少成果。

后来，他们想到既然石墨烯本身就是通过机械剥离法发现的，为何不采用这样简单的转移方式来达到实验效果？这里需要考虑到的是可穿戴式的电极和触觉感知界面的透气性、柔性和可拉伸性，因此他们采用医用透气性柔性聚氨酯薄膜作为转移和器件制备的基础。

由于聚氨酯薄膜的柔软性和延展性较好，弹性模量较低，因此在转移过程存在巨大挑战，这很容易导致转移后的柔性聚氨酯薄膜发生较大变形，并致使蜂窝状石墨烯电极阵列的损坏。

声音 | 清华大学何平：区块链技术将打破传统金融机构在市场上的垄断力:据腾讯网消息，3月16日，清华大学经管EMBA湖南校友会《区块链应用实例与前沿研讨》在长沙开讲。 清华大学经管学院金融研究中心主任、区块链研究中心理事何平教授在演讲中表示，区块链可以增强安全性和互信，减少欺诈，能促进多方交易中的透明度和效率，特别适合帮助那些被低效率拖累的企业转型，也适合为基于分布式市场和技术的新商业模式赋能。2025年，区块链技术将得到广泛应用，将打破传统金融机构在市场上的垄断力，为产业赋能。但是，在技术层面，目前区块链尚处于初步发展阶段，很多技术都不够全面和成熟；在应用层面，在实践中也暴露出部分问题，企业和金融机构对区块链认知不足；在监管层面，严重滞后。政府应密切关注各种区块链技术应用可能对现有法律法规和风险管理框架带来的挑战。[2019/3/17]

后来，该团队设法将其解决，目前已能实现阵列化蜂窝状石墨烯的转移，并且转移后的石墨烯仍呈现出完美的蜂窝状结构，不仅没有发生破损，柔性聚氨酯薄膜也没有任何变形。

攻克转移技术难题之后，接下来面临的问题在于如何制备可穿戴式的触觉感知阵列？期间，该团队曾尝试过使用不同介质层，来调节触觉传感器的性能。

几经尝试之后，他们打算用最简单的结构，实现最理想的效果：即通过两层蜂窝状石墨烯阵列的堆叠，去实现触觉传感器的制备，让柔性聚氨酯薄膜发挥最大作用和价值，也就是让下层柔性聚氨酯薄膜作为介质层。

由于柔性聚氨酯薄膜的弹性模量较低、受压变形能力则比较强，因此能为触觉传感器提供较高的灵敏度和较大输出信号幅度，同时由于其具有较高粘附性，可直接作为与皮肤贴附的粘附层，保证其与皮肤贴附的透气性和舒适性。

与此同时，在下层柔性聚氨酯薄膜的粘附层和整个触觉感知阵列之间，上层的柔性聚氨酯薄膜还承担着封装层作用。

从石墨烯到人机交互界面

另据悉，使用设备时需要收集眼电图。之所以这样做，是因为尽管脑电信号的获取成本低、可重复，但存在空间分辨率低、信噪比差的问题；而肌电信号是许多肌肉纤维中运动单元动作电位在时间和空间上的叠加，通常需要在肌肉中插入电极针来记录电位的变化，这很容易受到噪声串扰的影响，同时侵入式的电极会给人体带来创伤；而眼电信号的采集则更简单，信号可重复性高、信噪比也比较高，同时成本低廉。

此外，选择采集眼电图作为人机交互界面的另一个原因在于，该团队想通过眼球的运动实现无接触式、快速和便捷的沉浸式人机交互。特别是对于存在运动障碍或肌肉障碍的人群来说，利用眼球运动来实现交互控制更具实际意义。

眼睛周围的皮肤较为娇嫩和敏感，那么作为眼电信号信号感知层的关键部分——电极材料应该满足三点要求：一是轻便和柔性可拉伸；二是电极-皮肤界面阻抗要尽量小且具有长期性能稳定性；三是电极具有长效贴附的稳定性和对皮肤友好，而现有的Ag/AgCl凝胶电极或金属电极均无法满足以上要求。

因此，该团队开发出蜂窝状石墨烯电极作为感知层，由于石墨烯和皮肤之间的直接接触，离子（I?)和电子（e?)在石墨烯电极和皮肤之间的界面上直接交换，没有离子浓度的衰减，这确保了电极-皮肤的低阻抗性。

相比传统的金属电极，结合柔性聚氨酯的蜂窝状石墨烯电极材料，具有超高的柔性和可拉伸性，拉伸应变范围可高达1000%，并且此次采用的是基于医疗级的超薄柔性聚氨酯薄膜，本身具有高度透气性、贴附性和生物兼容性，这让电极材料与皮肤实现了完全的共形贴合，具有抗运动的长效贴附稳定性，再加上微米级孔径的蜂窝状石墨烯，电极具有优异的透气性和舒适性。

这也是使用化学气相沉积法制备的石墨烯传感器所不具备的优势，使用该方法制备的石墨烯往往不具备可拉伸性，且在制备更复杂、更昂贵，性能差异也更显著。而该团队基于激光诱导工艺制备的蜂窝状石墨烯，可直接实现图形化定制，再结合机械剥离转移的工艺，让电极的制备更加容易，并让该团队最终实现了大规模阵列化制备。

转动眼球即可控制轮椅的前后左右移动

目前已有的头戴式VR设备，主要提供视觉和听觉效果体验，而其交互设备主要依靠手持控制器。VR属于新一代信息技术的集大成者，在硬件上除了终端之外，还需要空间定位、手势交互、眼动追踪、语音交互等一系列感知交互技术，在核心配件上则需要光学器件、显示屏、芯片、传感器等，所需要的技术十分复杂。

事实上，在收集眼电信号之后，该界面可以实现快速、便捷、非接触的二维人机交互，例如控制四轴飞行器的上、下、左、右运动。然而，面对其在三维空间的飞行或复杂的飞行轨迹控制，眼电信号信号的交互控制在精度和维度上都有局限性。

因此，任天令团队才有了开发这款辅助界面的想法，以便实现精确可控的三维人机交互，为了实现操作上的合理性，他们想到通过可穿戴的触觉感知界面，去实现视觉和触觉协同交互的三维人机交互界面。

其中，眼电信号交互界面主要用于快速、便捷、非接触的2D交互，触觉感知界面则主要用于复杂的2D运动控制和3D人机交互中的Z轴控制。

在应用前景上，由于眼电信号界面和触觉感知界面均是柔性可穿戴的，因此它们在协同作用之后，可以提供虚拟世界的三维空间定位和便携式交互，让人们告别手持笨重的交互控制器，并可通过眼电信号信号实现精准的眼动追踪，在解放双手的同时还可自由体验视、听、触觉沉浸式虚拟世界的真实感受。

在现实世界中，也可作为人和机器的交互界面。比如，对于运动障碍人士来说，可让其通过眼球的运动，去实现控制轮椅的前、后、左、右移动。总而言之，这款人机协同界面可给虚拟世界和现实世界提供自由无束缚、沉浸式的人机交互体验。

日后，该团队将在当前研究基础上去开展具体的应用，他们将进一步提高眼电信号交互界面和触觉感知界面的交互分辨率，并将设计眼电信号信号与触觉感知界面信号的专用采集和无线传输电路，以期充分发挥视觉与触觉的协同作用，再结合VR视觉设备，最终有望实现在虚拟空间中的三维人机交互的实际应用。

当头戴式的VR设备被智能隐形眼镜替代，我们在体验沉浸式的虚拟世界时，感受也会更真实更自由，还有望通过控制眼球运动去浏览各种信息、以及执行简单的交互，更有望通过可穿戴触觉感知辅助界面实现便携式精准交互。

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