搜狐科技《思想大爆炸——對話科學(xué)家》欄目第146期，對話青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院先進納米纖維創(chuàng)新研究院院長龍云澤。

嘉賓簡介：

龍云澤，教授，博導(dǎo)，青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院先進納米纖維創(chuàng)新研究院院長，山東省中法納米纖維和光電器件合作研究中心主任，國際先進材料學(xué)會會士。主要研究方向為依托于靜電紡絲以及溶液噴紡技術(shù)制備微納米纖維膜，并研究其在生物醫(yī)學(xué)、催化降解、納米能源、海水淡化以及空氣過濾等方面的應(yīng)用；以及利用綜合物性測量系統(tǒng)測試材料在不同環(huán)境下的物理性能。

• 眼球追蹤系統(tǒng)在檢測眼球運動方向方面準(zhǔn)確率達99%，對改善癱瘓人士或運動功能障礙者的生活質(zhì)量非常有幫助。

• 和VR眼鏡結(jié)合，眼球追蹤系統(tǒng)可使用戶僅通過眼球的偏轉(zhuǎn)就能控制VR顯示內(nèi)容的變化，為未來人機交互提供了更加多元的選擇，也有望應(yīng)用于太空和智能駕駛領(lǐng)域，最終解放雙手。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

眨一下眼，能做什么？

對于許多肢體癱瘓的患者而言，世界仿佛被困在一具靜止的身體里，但他們的目光仍然渴望表達和探索�，F(xiàn)如今，眨一下眼，不僅能夠“說話”，還能為輪椅“賦能”。

近日，青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院先進納米纖維創(chuàng)新研究院院長龍云澤教授團隊與合作者，成功研制出一套輕量級自供能眼球追蹤系統(tǒng)。其運行所需的能量，完全源自眼瞼眨動時與眼球摩擦產(chǎn)生的微量電能。

目前，該研究發(fā)表在《細(xì)胞報告·物理科學(xué)》期刊。

僅靠眼瞼眨動與眼球的摩擦如何驅(qū)動整個系統(tǒng)？這項技術(shù)有哪些優(yōu)勢？能應(yīng)用于哪些場景？帶著這些問題，搜狐科技對話了青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院龍云澤教授。

與隱形眼鏡和普通鏡框眼鏡相似

對此，龍云澤表示，當(dāng)前主流的眼動追蹤系統(tǒng)，通常采用紅外傳感和圖像采集技術(shù)，體積龐大且重量過重，長時間佩戴，很容易產(chǎn)生疲勞。而且持續(xù)的紅外光照射也會對我們的視網(wǎng)膜造成不可逆的傷害，加之電池容量的限制，很難長期佩戴。

相比之下，龍云澤表示，其團隊開發(fā)的輕量級自供能眼球追蹤系統(tǒng)，在日常使用中更容易佩戴，設(shè)備輕巧，與普通隱形眼鏡和鏡框眼鏡相似，不會引起不適。

據(jù)介紹，這項研究主要是將摩擦電納米發(fā)電機電極與普通眼鏡的框架結(jié)合，或者貼在眼睛周圍的皮膚上，通過捕捉眼部肌肉的細(xì)微運動、眼周皮膚上的感應(yīng)電荷信號，轉(zhuǎn)換為控制信號，從而實現(xiàn)人機的交互功能。

而之所以僅靠“眼瞼眨動與眼球的摩擦”就能產(chǎn)生足夠的電能來驅(qū)動整個系統(tǒng)，關(guān)鍵就在于患者眼鏡上的電極感應(yīng)矩陣和眼球上類似于隱形眼鏡的摩擦層（材料是聚二甲基硅氧烷PDMS）。

自供能眼球追蹤系統(tǒng)原理 受訪者供圖

當(dāng)患者眨眼時，附著在眼球表面的類似于隱形眼鏡的摩擦層與眼皮互相摩擦，使其表面積累大量負(fù)電荷。

當(dāng)眼球向上轉(zhuǎn)動時，表面帶有負(fù)電荷的隱形眼鏡摩擦層通過靜電感應(yīng)會在患者眼鏡上方的電極感應(yīng)產(chǎn)生電信號，而當(dāng)眼球向左、向右偏轉(zhuǎn)時，也會在相對應(yīng)的電極上感應(yīng)產(chǎn)生相同的電信號。

“我們將眼動追蹤系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，就可利用眼球運動來控制輪椅運動。當(dāng)眼球偏轉(zhuǎn)時，眼鏡上的感應(yīng)電極上產(chǎn)生的電信號傳輸?shù)轿⒖刂破鞯亩丝�，用來控制輪椅的移動�！饼堅茲山忉屨f。

值得一提的是，這一系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)2°的最小眼偏角度的檢測，并且在檢測眼球運動方向方面也具有99%的準(zhǔn)確率。

可以說，這項技術(shù)為漸凍癥患者那樣的特殊群體與智能設(shè)備的交互開辟了新的路徑。

“那些手腳不方便、語音溝通不暢的病人，通過眼球的偏轉(zhuǎn)就可以控制輪椅的移動，實現(xiàn)計算機的操作，這對改善癱瘓人士或運動功能障礙者的生活質(zhì)量是非常有幫助的�！饼堅茲扇缡钦f。

三年前組會上的一次頭腦風(fēng)暴

其實這項研究的開始也很有偶然性。

“我們團隊在納米傳感器、摩擦電納米發(fā)電機、生物醫(yī)學(xué)等方面都有較好的研究基礎(chǔ)，三年前的一次組會上，通過文獻調(diào)研得知摩擦電納米發(fā)電機可以應(yīng)用于眼球運動監(jiān)測，我們就進行了頭腦風(fēng)暴，經(jīng)過討論，都覺得這個方向比較前沿，而且實際應(yīng)用意義還是蠻大的�！�

“碩士研究生吳林鑫就開始了這項研究，他也是文章的一作，而且研究過程中，合作伙伴香港科技大學(xué)的范智勇教授課題組也給予了很多具體建議和幫助�！饼堅茲芍v述道。

龍云澤鼓勵學(xué)生大膽嘗試，但光想也是不夠的，還需要有條件來實現(xiàn)。實驗最開始的驗證環(huán)節(jié)，他們一點點把裝置搭起來，包括進行摩擦實驗的眼鏡模型也是親手制作的。

當(dāng)然，在這個過程中，團隊也遇到了很多困難。

“可以說，這種將隱形眼鏡和患者佩戴的普通眼鏡相結(jié)合的設(shè)計是一項創(chuàng)新，但這個想法是不是可行，大家剛開始都是持懷疑態(tài)度的�！饼堅茲商寡�。

后來，他們通過自制和不斷改進實驗裝置，以及多次反復(fù)實驗，證實了這個方案是切實可行的。

不過，龍云澤稱目前雖然已經(jīng)用兔子做了活體實驗，但還沒有用于人體實驗。

面對網(wǎng)友擔(dān)心的隱私問題，龍云澤稱這個系統(tǒng)只是利用了眼球跟隱形眼鏡的摩擦起電能量，追蹤眼球向左向右、向上向下的轉(zhuǎn)動，并不會采集個人生物信息和行為隱私。

未來可融合VR

也能應(yīng)用于太空與智能駕駛領(lǐng)域

除了控制輪椅和輔助交流，這個系統(tǒng)還可以和VR眼鏡結(jié)合起來，讓用戶僅通過眼球的偏轉(zhuǎn)就能控制VR顯示內(nèi)容的變化，告別了設(shè)備笨重的問題，也為未來人機交互提供了更加多元的選擇。

不僅如此，最令人興奮的莫過于它還能應(yīng)用在太空和智能駕駛領(lǐng)域。

“在太空需要穿著厚厚的宇航服，不太好操作儀器儀表，如果通過眼球運動來控制某些操作就能大大解放雙手；再比如遇到交通事故，如果手腳被卡住了，通過眼球運動來發(fā)送求救信號也是非常必要的。”龍云澤舉例道。

此外，在“自供能”生物電子學(xué)領(lǐng)域，一個重要的應(yīng)用方向就是人形機器人，要讓機器人的器官或者部位，比如像電子皮膚，更接近真實的人類，還要讓機器人有真實人類的溫存與情感。同時，人類的某些器官或者部位也很有可能被“自供能”生物電子所取代。

當(dāng)然，大家最關(guān)心的問題還是什么時候可以落地量產(chǎn)。

對此，龍云澤表示，目前他們只是將一種創(chuàng)新性的科學(xué)想法通過實驗室進行了技術(shù)驗證，向大家展示了一種自供電眼動追蹤系統(tǒng)，利用眨眼的能量和眼球運動來操控輪椅移動的可能性。

如果做成產(chǎn)品，材料與裝置方面的完善工作是必不可少的，可能還需要一段足夠長的時間才能實現(xiàn)從實驗室到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，如果涉及到醫(yī)療器械批號的審批，需要的時間和成本還會增加。

“不過，這個自供電眼動追蹤系統(tǒng)的材料成本其實并不算高，也還比較容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)�！饼堅茲裳a充道。

未來，他們也希望能跟有關(guān)企業(yè)一起合作，完善材料與裝置，開展動物和人體實驗，繼續(xù)探索新的應(yīng)用場景，努力實現(xiàn)從實驗室到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。

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