一種尖端的石墨烯傳感器的開發實現了一種界面的產生，該界面能夠僅用思想就能準確地控制機器人。這一發展不僅對醫療保健，而且對一系列其他行業都有積極意義。腦機接口（BMIs）允許一個人使用其腦電波來操作一個設備。作為免提和免聲接口，BMIs在機器人、仿生假肢和自動駕駛汽車方面具有巨大的應用潛力。

一個BMI通常由三個模塊組成：一個外部感官刺激、一個傳感接口和一個處理神經信號的單元。在這三個模塊中，傳感接口至關重要，因為它能檢測到大腦最外層——大腦皮層產生的電活動，而大腦皮層負責更高層次的過程，包括運動功能。

但視覺皮層才是大腦皮層中接收和處理從眼睛發出的信息的部分，它是依賴視覺刺激的BMI的關鍵。視覺皮層位于大腦的最后面的枕葉。

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腦電波是通過可植入或可穿戴的傳感器獲取的，如腦電圖（EEG）電極。在后腦勺使用EEG電極和其他非侵入性生物傳感器的問題是，這是一個通常被頭發覆蓋的區域。

濕式傳感器依靠在頭皮和頭發上使用導電凝膠，但這可能會導致傳感器在個人行動時移動。干式傳感器可以作為一種替代方法，但它們也有挑戰；它們的導電性比濕式傳感器差，而且，鑒于頭部的圓形，它們可能會遇到保持充分接觸的困難。

悉尼科技大學（UTS）的研究人員通過開發一種含有石墨烯的干式生物傳感器來解決這些問題。石墨烯是一種一原子厚的碳原子層，以六邊形晶格排列，是人頭發厚度的千分之一。

鑒于石墨烯的薄度和高導電性，它是創建干式生物傳感器的最佳材料。它還能抗腐蝕和抗汗水的影響，使其非常適合在頭部使用。

研究人員發現，將石墨烯與硅結合在一起產生了一種更堅固的干式傳感器。他們開發的傳感器上的石墨烯層的厚度不到1納米。

該研究的通訊作者Francesca Iacopi說：“通過使用尖端的石墨烯材料，結合硅，我們能夠克服腐蝕、耐久性和皮膚接觸阻力等問題，開發出可穿戴的干式傳感器。”

研究人員對不同的傳感器圖案進行了實驗，包括正方形、六邊形、柱形和圓點，并發現六邊形圖案的傳感器產生了最低的皮膚阻抗。然后他們用BMI測試了他們的新傳感器。

六角形圖案的傳感器被放置在后腦勺的頭皮上，以檢測來自視覺皮層的腦電波，用戶戴上顯示白色方塊的增強現實（AR）鏡片。通過專注于一個特定的方塊，產生的腦電波被生物傳感器接收到。然后一個解碼器將該信號翻譯成命令。

“我們的技術可以在兩秒鐘內發出至少9個指令，”該研究的共同作者Chin-Teng Lin說，“這意味著我們有9種不同的命令，操作者可以在該時間段內從這9種命令中選擇一種。”

澳大利亞陸軍士兵對石墨烯傳感器BMI進行了現實世界的測試，用它來控制一只四條腿的機器狗。該設備允許免提指揮機器人，準確率高達94%。

Iacopi說：“這種免提、無聲技術在實驗室環境之外，隨時隨地都可以使用。它使控制臺、鍵盤、觸摸屏和手勢識別等界面變得多余。”

然而，研究人員不認為這是他們設計的最終迭代。還需要進一步的研究和測試，以便在總的可用石墨烯面積、適應頭發存在的能力以及保持傳感器與頭皮接觸的能力之間取得平衡。

但這是朝著實用技術邁出的有希望的一步，該技術可能對殘疾人操作輪椅或假肢大有好處，并在先進制造業、國防和航空航天領域有更廣泛的應用。

該研究發表在《ACS應用納米材料》雜志上。

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