【元宇宙】智能电子设备在扩展现实中实现类似人类的触觉和感觉

引言液体中的激光烧蚀可产生超净纳米粒子，增强沉浸式虚拟现实的人工感官系统。

先进的虚拟现实(VR) 和增强现实 (AR) 技术（统称为扩展现实 (XR)）正日益融入日常生活。为了获得逼真的体验，设备必须精确模拟人类的感官。科学家们现在重点介绍了一种生产纳米粒子 (NP) 的创新方法——这种微小粒子可以显著增强人工感官系统 (ASS)。

纳米粒子为 ASS 提供了独特的优势，例如更高的灵敏度、更快的响应速度和更强的适应性。然而，传统的纳米粒子生产方法需要复杂的化学过程或耗能的真空技术。这些方法通常会留下不必要的残留物或污染物，从而降低设备性能。

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更清洁、可定制的纳米颗粒

最近的一篇综述介绍了一种强大的替代方法：液体激光烧蚀(LAL)。LAL 使用极短的激光脉冲照射浸没在液体中的固体金属，从而产生超洁净、可定制的纳米颗粒。与传统技术不同，它不需要刺激性化学品、表面活性剂或复杂的后处理。

“液体激光烧蚀提供了一种清洁且可扩展的方法来生产高性能纳米材料，”首席研究员、亚洲大学Sungjun Park教授解释道。“这可能会从根本上改变我们设计和集成柔性电子产品和智能传感系统材料的方式。”

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了解液体中的激光烧蚀

当激光照射液体中的金属靶时，会产生高能等离子体。这种等离子体迅速冷却，形成纳米颗粒，其性质（例如尺寸、形状和化学组成）可以精确控制。激光强度、脉冲长度、波长以及所用液体的类型等因素都会影响纳米颗粒的形成。通过微调这些参数，科学家们可以制备出专门用于电子传感应用的纳米颗粒。

近期的工程进展进一步提高了LAL的效率和可扩展性。连续流系统、精确激光控制以及激光碎裂或熔化等技术有助于更好地控制颗粒形成并提高生产率。目前的系统已经能够高效地生产纳米颗粒，足以实现大规模生产。

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纳米粒子提升感官精度

ASS 模拟人类的感官——视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉——从而实现虚拟世界中的真实互动，或增强假肢设备。纳米粒子的加入显著提升了其性能。由于 LAL 生产的纳米粒子不含污染物，它们能够更有效地与环境相互作用，从而提供更快、更灵敏的感官响应。

例如，通过铊拉激光（LAL）制备的贵金属纳米粒子因其独特的光学特性，显著增强了视觉或气体传感器的性能。合金纳米粒子或核壳结构（具有不同内外层的纳米粒子）在氢传感器和人工突触等复杂设备中展现出巨大潜力。

高熵合金由多种金属混合而成，在模拟大脑记忆和处理能力的应用方面特别有前景。

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实际应用

除了虚拟体验之外，由这些先进纳米粒子驱动的改进型 ASS 还具有现实效益。电子鼻和电子舌已经能够帮助检测疾病或评估食品质量。模拟触觉的触觉界面能够在 VR 环境中提供逼真的触觉反馈。然而，目前的设备往往体积庞大、沉重，长时间使用会感到不适。

通过 LAL 生产的纳米粒子使 ASS 变得灵活且可穿戴，同时又不牺牲精度。这些更轻、更灵活的设备保证了更舒适的长期使用。

此外，由于 LAL 避免了复杂的化学过程，因此降低了成本，有可能加速这些先进系统在日常技术中的应用。

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挑战与未来方向

尽管LAL技术具有诸多优势，但仍面临诸多挑战。研究人员必须确保纳米颗粒在不添加污染物或表面活性剂的情况下长期保持稳定。将LAL工艺集成到现有的大规模生产流程中也需要进一步改进。

未来的研究将侧重于纳米粒子的连续生产系统、实时监控以实现更佳的质量控制，以及开发能够充分发挥这些纳米粒子潜力的实用设备。克服这些挑战将使铊激光（LAL）生产的纳米粒子成为下一代传感系统的基础技术。

随着扩展现实越来越多地融入日常生活，像 LAL 这样更清洁、更高效的纳米粒子生产方法有望开启交互式和沉浸式体验的新时代。

LAL 用于生产各种多元素纳米颗粒。以下类型的二元纳米颗粒 (BNP) 示意图：(i) 随机合金，(ii) 核壳结构，以及 (iii) 异质结构。（图片来源：《国际极限制造杂志》）

通过密切模仿人类的感官，这些增强的人工感官系统可能很快就会改变您看待、感受和参与数字世界的方式。

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