為了解決這一問題，廈門大學廖新勤、陳忠團隊提出了一種事件驅動意圖識別觸摸傳感器（IR觸摸傳感器），力求通過傳感器內觸摸分析實現復雜的意圖識別。IR觸摸傳感器由仿生螺旋網組成，通過連接分離的像素點，創新性地將低維度信號和超高精度時空分辨率結合到同一設備中。這種設計允許器件根據應用要求調整分辨率，同時保持恒定的電極數量。事件驅動和傳感器內計算的特性，有效地消除了傳感過程中的冗余數據，增強了IR觸摸傳感器在捕獲和分析觸摸意圖線索方面的可維護性和可靠性。多功能應用證明了IR觸摸傳感器的集成功能，在全天候環境中都能發揮出巨大的交互潛力。這項工作為使用有意識機器智能進行觸覺意圖識別提供了新的見解，這將在可穿戴設備、智能機器人、醫療觸診和治療等方面得到廣泛應用。該研究以題為“In-Sensor Touch Analysis for Intent Recognition"的論文發表于《 Advanced Functional Materials》。廈門大學電子科學與技術學院陳忠教授和廖新勤副教授為論文通訊作者，作者為廈門大學碩士生許奕晶，新加坡南洋理工大學鄭元謹教授（集成電路設計中心主任）和北京科技大學廖慶亮教授（長江學者特聘教授、院長）提供重要支持幫助。研究工作得到了國家自然科學基金、福廈泉國家自主創新示范區合作項目、福建省自然科學基金和高校基本科研業務費等資助。

圖1 意圖識別觸摸傳感器的概念圖

首先，作者探究了IR觸摸傳感器的按壓性能。結果顯示，IR觸摸傳感器具有快速的響應時間（<0.5 ms），對時空機械刺激的動態響應存在高度差異。考慮到不同用戶的習慣，作者還研究了快速觸摸和長時間觸摸操作對輸出信號的影響。同時驗證了IR觸摸傳感器具有彎曲不敏感性，保證IR觸摸傳感器可以貼附在彎曲表面穩定運行。通過超過10,000次循環的重復加載-卸載測試來檢測了IR觸摸傳感器的耐用性。響應信號幾乎沒有變化，IR觸摸傳感器表現出優異的穩定性。

圖2 IR觸摸傳感器的設計和按壓特性

IR觸摸傳感器可以解耦連續的滑動操作，作者對這些滑動操作的輸出特性進行了深入研究。通過對比不同的纏繞方式，進一步證實了仿生螺旋網結構設計的優勢，提高了輸出信號的空間分辨率和性。得益于傳感器內計算的能力，作者不僅從滑動的輸出信號中提取了滑動軌跡，還能夠從中獲取額外的運動參數，如滑動速度等。

圖3 IR觸摸傳感器的滑動性能

IR觸摸傳感器還展現出雙重適用性，主要表現在兩個方面：首先，它能夠適應不同離散傳感器陣列的配置；其次，它能夠在不同分辨率要求下準確識別觸覺意圖。這些發現有望高效地傳達空間和時間信息，并且利用IR觸摸傳感器來準確傳遞物理觸摸交互的意圖。

圖4 仿生螺旋網的廣泛適用性

IR觸摸傳感器憑借對不同操作的感知能力，可以作為觸覺意圖識別的多功能接口，用于游戲、教育、醫療保健和智能家具等領域應用。通過精確解碼輸出信號和傳感器的廣泛適用性，開發了一系列基于不同分辨率的IR觸摸傳感器應用（例如：控制PowerPoint演示文稿、電子地圖導航和俄羅斯方塊游戲等），展示了IR觸摸傳感器的快速響應能力和多功能性。

圖5 觸摸交互的典型應用

觸覺意圖識別系統可以在觸覺信息和人類意圖之間建立相關性，而不受環境因素的影響。視覺和聽覺意圖識別系統在嘈雜或視覺模糊的環境中可能會受到阻礙。作為一種穩健的替代方案，觸覺感知因其有效性而脫穎而出。手寫識別使用戶能夠最自然、地輸入文本。因此，用于手寫識別的觸覺意圖識別系統可以增強整體用戶體驗并準確傳達用戶想法。

圖6 機器學習輔助觸覺意圖識別系統

結合機器學習技術，作者構建了一種基于IR觸摸傳感器的機器學習輔助觸覺意圖識別系統。該系統能夠有效地分析和解釋手寫輸入中存在的復雜模式和特征，對手寫內容識別的準確率高達98.4%。此外該系統甚至可以捕捉人類無意識行為，顯示出IR觸摸傳感器在診斷神經系統疾病方面的潛在應用價值。

小結：總的來說，團隊開發了一種由仿生螺旋網組成的具有傳感器內計算能力、事件驅動的意圖識別觸摸傳感器，以實現高分辨率下的簡潔數據輸出，同時獲得完整的意圖信息。事件驅動方法有效地消除了時間驅動傳感器陣列感知過程中的冗余數據。傳感器內分析和計算能力顯著減少了傳感器和計算終端之間數據傳輸的需求。這種傳感、數據縮減和超高精度識別的開創性集成將推動意圖識別領域的跨越式發展。

來源：傳感器專家網