“人机界面”系统具无限潜能，盼日後能减轻医疗压力

2022年2月21日

Robotic VR system for Covid-19 swab tests — 最新研发的Robotic VR人机界面系统，用以遥控机械人模仿人体动作来完成复杂的任务。

Covid-19新冠病毒病的全球大流行加速了机械人的应用，亦令到各界更迫切需要能够无缝连接起用家和机械人的先进“人机界面”（human-machine interface, HMI）系统。由香港城市大学（城大）和另一院校联合领导的科研团队，最近成功开发了一套名为“Robotic VR”的崭新人机界面操作系统，该新系统由柔性的多层电子皮肤组成，能够为使用者提供视觉和触觉反馈。新系统能遥控机械人模仿人体动作来完成复杂的任务，并展示了无限的潜力，日后有望可借此遥控机械人为病人进行新冠病毒测试采样，以及遥距照顾传染病患者。

城大生物医学工程学系（BME）副教授于欣格博士是该研究的通讯作者之一。有关研究成果已刊登于学术期刊《 科学进展 》（Science Advances），题为〈Electronic Skin as Wireless Human Machine Interfaces for Robotic VR〉。

人机界面操作系统的主要功能是把用户与机械人或电脑互动连结起来，是遥控操作机器人的重要一环。然而，传统的人机界面所涉及的机器都较笨重、不太灵活兼价格高昂，而且未能为使用者提供足够的反馈，难以应用于处理复杂的工序或任务。

崭新人机界面系统，实现集视觉、听觉和触觉于一身的虚拟实境

科研团队在这项研究中，便成功研发了一套以柔性电子皮肤为基础的闭环式人机界面操作系统，可透过蓝牙、Wi-Fi和互联网的接驳，实现无线的动作捕捉和触觉反馈。

这套名为“Robotic VR”的崭新人机界面系统，利用柔性电子皮肤上的集成电路，揉合了视觉、听觉和触觉的虚拟实境（virtual reality, VR），令遥距操作者如置身现场一样。它采用多层式设计，其中最底层是与人类皮肤颜色相近的弹性矽胶，是一个柔性的黏合面，可以固定在使用者不同部位的皮肤及关节上。而每层之间则由一系列的晶片级集成电路和传感组件互相连结起来，当中包括电阻器、电容器、蓝牙通讯模组、微控制器单元（microcontroller unit, MCU），以及由科研团队自家开发的柔性传感器和驱动器。

透过感测人体微细动作以精确遥控机械人的动作及力度

Robotic VR系统的传感器可以准确感测到人体的微细动作，并将它转化为电子讯号，经过MCU处理后，经无线传送给特定的机械人，使用者因而可以遥距指令机器人模仿他的动作，以完成任务。同一时间，安装在机械人或机械臂上的压力传感器，可以通过蓝牙模组把反馈信号送回给使用者，透过控制连接着使用者皮肤的驱动器所发出的振动的强度，为使用者提供触觉反馈。这样，用户便可以根据触觉反馈、即振动的强度，精确地遥控和调节机械人或机械臂的动作及力度。

系统可支援三种不同的无线传输方式，包括有效范围较短的蓝牙（数十米内）、中程的Wi-Fi无线上网（最远约100米）以及远程的互联网（通行全球）数据传输，容许用家根据实际的操作环境作出调整。

系统有助伤残人士克服身体及生活不便

于博士说：“这新一代的柔性人机界面系统，能够远距离遥控机器人执行复杂的任务。”他指出，新系统采用的物料可拉伸，可以长时间牢固地紧贴于人体皮肤甚至全身。此外，这创新的人机界面可同时提供触觉和视觉反馈系统，为使用者提供了沉浸式的体验，令他们遥控机械人时恍如亲历其境。

Robotic VR系统可以遥距操控各种机械。凭借其先进的电路设计和出色的机械特性，于博士相信这套系统在商业和生物医学工程领域具有巨大应用潜力。举例说，它可以用来遥距控制及驾驶无人车；由于黏贴在使用者身上的传感器，能够监测及传递肌肉的讯号以控制机械人，即使手部伤残的使用者在佩载了这套系统后，都可以远程操控机器人去搬运重物，以克服身体的残障。