戴上“隐形眼镜”，眨眼控制无人机？

【导语】眼机交互作为人机交互的前沿领域，面临信号准确度、佩戴舒适性及光线干扰等技术挑战。近日，北京理工大学与香港科技大学的研究团队取得重大突破，他们创新性地在隐形眼镜中集成LC振荡回路，开发出高灵敏度且生物相容性良好的无线眼机交互系统。该系统通过捕捉眨眼信号，实现了对无人机等设备的精准控制，为拓展人机交互边界提供了创新方案。相关研究成果已在《国家科学评论》上发表，为医疗监测、智能家居、残障辅助及虚拟现实等领域带来了广阔的应用前景。

眼机交互作为人机交互的重要范式之一，受限于信号准确度不足、佩戴舒适性差以及对光线干扰等技术瓶颈。近日，北京理工大学、香港科技大学研究团队创新性提出通过在隐形眼镜中集成LC振荡回路，构建兼具高灵敏度与有生物相容性的无线眼机交互系统。研究团队巧妙利用敏感电容与感应线圈的协同效应，提高了灵敏度（0.153 MHz/mmHg），并开发出基于五路眨眼模式的控制指令集。该团队通过特征谐振频率的动态解析(xī)，成(chéng)功(gōng)将有意识眨眼信号编码，并解码在无人机操控信号中，为拓展人机交互能力边界提供了创新方式。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review）。

背景介绍

眼机交互是指通过直接捕捉并编码眼球转动和眨眼等眼部活动，实现高效的人机交互。

目前，监测眼部运动的设备主要依赖CCD摄像头或金属线圈嵌入式隐形眼镜，前者需要复杂的外接硬件，后者则因刚性组件影响佩戴舒适度和视野。

与眼球转动相比，眨眼具有显著优势：其可见性、稳定性和自然压力特性（眨眼时眼睑对角膜造成约30 mmHg的压力）使其更易被高灵敏度传感器捕获，同时能通过编码眨眼次数、时长、左右眼等参数生成多样化指令。因此，基于眨眼的眼机交互系统展现出巨大的应用潜力。

系统设计

该研究中，研究团队所设计的眼机交互系统采用一种**多层结构的智能隐形眼镜（EMI lens）**作为核心组件。EMI lens以柔性材料为基底，集成了Ti3C2Tx MXene电极层、蜂窝状微结构介电层和感应线圈，构成完整的LC谐振回路。压力变化时会改变微结构介电层的间距，进而引起电容值的变化。这种变化通过LC谐振回路转化为可测量的频率信号（可被外界的矢量网(wǎng)络(luò)分(fēn)析(xī)仪识别），进而实现对压力的无线监测。

在不影响视野和保证舒适佩戴度的情况下，EMI lens能(néng)够(gòu)灵(líng)敏(mǐn)地(de)感(gǎn)知(zhī)由(yóu)眼(yǎn)压(yā)变(biàn)化(huà)引(yǐn)起(qǐ)的(de)角(jiǎo)膜(mó)形(xíng)变(biàn)以(yǐ)及(jí)眨(zhǎ)眼(yǎn)引(yǐn)发(fā)的(de)眼(yǎn)睑(jiǎn)压(yā)力(lì)。系(xì)统(tǒng)具(jù)备(bèi)双(shuāng)重(zhòng)功(gōng)能(néng)模(mó)式(shì)：

在(zài)正(zhèng)常眼压范围（10-21 mmHg）内，系统将信号转化为实时监测数据；

当检测到特定压力（~30 mmHg）时，可将眨眼信号转换为控制指令。

无线眼机交互系统的设计

交互应用

连续眼压监测对眼部疾病诊疗与眼部功能拓展都具有重要的意义。通过实时获取眼压数据，医疗专业人员可准确评估眼部健康状况，并及时决定是否需要药物治疗或手术。同时，基于EMI lens的眼机交(jiāo)互(hù)系(xì)统(tǒng)在(zài)无(wú)人(rén)机(jī)控(kòng)制(zhì)、智(zhì)能(néng)家(jiā)居(jū)、残(cán)障(zhàng)辅(fǔ)助(zhù)、虚(xū)拟(nǐ)现(xiàn)实(shí)技(jì)术(shù)等(děng)人(rén)机(jī)交(jiāo)互(hù)领(lǐng)域展(zhǎn)现(xiàn)出(chū)巨(jù)大(dà)的(de)应(yīng)用(yòng)潜(qián)力(lì)。

在(zài)佩(pèi)戴(dài)测(cè)试(shì)中(zhōng)，受试者未观察到明显的生理排异或不适症状，验证了EMI lens实际应用的可行性。人类眼睛每分钟进行10-20次的无意识眨眼动作，这是眼机交互中的干扰信号。基于EMI lens的眼机交互系统通过分析眨(zhǎ)眼(yǎn)持(chí)续(xù)时(shí)间(jiān)和(hé)压(yā)力(lì)幅(fú)值(zhí)实(shí)现(xiàn)精(jīng)准(zhǔn)识(shi)别(bié)，能(néng)够(gòu)有(yǒu)效(xiào)区(qū)分(fēn)有(yǒu)意(yì)识(shi)与(yǔ)无(wú)意(yì)识(shi)眨(zhǎ)眼(yǎn)，在(zài)实(shí)际(jì)测(cè)试(shì)中(zhōng)准(zhǔn)确(què)率(lǜ)表(biǎo)现(xiàn)良(liáng)好(hǎo)。

研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)开(kāi)发(fā)了(le)一(yī)种(zhǒng)基(jī)于(yú)眨(zhǎ)眼(yǎn)的(de)控(kòng)制(zhì)指(zhǐ)令编解码机制，将不同眨眼行为映射为飞行指令，在实验中验证了通过眨眼控制无人机多维运动的可行性。活体兔子实验进一步证实了系统的可靠性，且实验后动物生理状态正常。这些结果充分验证了基于EMI lens眼机交互系统在医疗监测和人机控制方面的实用价值。

眼机交互应用展示（无人机控制）

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