可靠的可穿戴系統能夠即時識別手指運動
背景與介紹
近年來能夠檢測、追蹤和解碼周圍環境中的運動的裝置在機器人學、醫療保健、娛樂產業、運動等領域有無數的有價值應用。可穿戴感測器尤其能夠有效地檢測和記錄人類使用者的運動，因為它們可以被策略性地放置，並且能夠更精確地捕捉到更微小的運動。最近，韓國亞洲大學（Ajou University）、韓國大學（Korea University）和韓國科學技術研究院（Korea Institute of Science and Technology，簡稱 KU-KIST）的研究人員開發出了一個新的系統，能夠即時識別人類使用者手指的運動。他們提出的裝置基於可穿戴感測器和所謂的人工突觸（即複製大腦突觸功能的硬體元件）的陣列，並且已經在《Nature Electronics》上進行了發表。
方法和成果
這個研究團隊基於他們之前的研究成果，致力於開發一個「無約束」的運動識別系統，可以可靠地檢測和識別使用者的手指運動。為了做到這一點，他們將廣泛使用的光學感測器和人工突觸整合到一個非常薄的基板上，該基板的厚度約為 2 微米（約為人類頭髮直徑的 1/20）。
與之前提出的許多運動識別系統相比，這個研究團隊的系統在預測方面更可靠、更持久且更準確。值得注意的是，他們的裝置可以承受高達 60%的應變，並且在重複彎曲 1200 次以上後仍能保持功能。該系統還可以在光照條件較差的環境中工作，包括在照明稀缺的環境中或在光線較暗的時間。在初步評估中，它實現了高達 95%的準確率，比過去出現的許多其他解決方案更好地預測人類使用者的手指運動。
討論和應用
這項研究的重要性在於，它為人機介面的發展提供了更為無縫的整合。許多現有的運動識別系統仍然無法在某些方面取得最佳效果。大多數最近發展出的人體運動識別系統依賴於兩個或多個靜態裝置，例如 3D 深度相機、紅外攝像機和慣性測量單元。如研究人員所解釋的，這些裝置的設定方式不可避免地妨礙了它們所尋求識別的非常自然的運動。此外它們底層的算法在時間和能量上都是資源密集型，主要是因為它們需要區分手指和其他物體，然後在連續的時間段內跟蹤它們的運動。
相對於先前介紹的許多運動識別系統，這個研究團隊的系統在預測方面更可靠、更持久且更準確。他們的裝置可以承受高達 60%的應變，並且在重複彎曲 1200 次以上後仍能保持功能。該系統還可以在光照條件較差的環境中工作，包括在照明稀缺的環境中或在光線較暗的時間。在初步評估中，它實現了高達 95%的準確率，比許多其他過去提出的解決方案更好地預測人類使用者的手指運動。
未來這個研究團隊介紹的新式手指識別系統可以在需要可靠地監測人體運動的各種場景中進行實施和測試。它的設計還可以激發該領域的進一步努力，從而開發出新的尖端運動跟蹤和識別技術。此外該系統的設計同樣適用於識別其他身體運動，並在機器人學、醫療保健、通訊、可穿戴技術以及增強現實和虛擬現實等領域具有廣泛的應用前景。
結論
這項研究的美妙之處在於它為人機互動提供了一個可靠且準確的解決方案，在現代科技的領域中意義重大。該裝置的特點是功耗低、準確度高且具有良好的機械和電氣可靠性，透過將感測器和人工突觸融合於一個極具靈活性的基板上，使其不僅與使用者無縫結合，還展示了出色的計算能力。
未來，這個研究團隊計劃繼續改進該裝置的功能和效能。此外他們還希望使用該設計創造出可以用於解釋其他身體運動和生理訊號的新技術。
