国科大/天大黄辉团队Science Advances:生物启发的高效人机交互自适应响应速度

随着人工智能的快速发展，人机交互（HRI）技术受到了广泛关注，特别是在人形机器人方面。其中机器反馈对于增强用户体验至关重要，机器人的响应速度必须保持在一致的范围内；过快的反应会引起不适，而过迟的反应可能会出现脱离。因此，机器人响应速度的可调性已成为优先事项。然而，目前的方法仍然受到复杂软件的限制，仅限于单向速度提升。

图一：人脑中的两条通路及器件的结构设计。

受人脑响应机制的启发，中国科学院大学/天津大学黄辉教授团队开发了一种有机浮栅场效应晶体管（OFGFET）来双向控制响应速度。在通过将光异构化合物掺杂到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中构建浮栅后，我们可以通过改变浮栅在不同光（UV或可见光）照射下的捕获能力来调节背电荷转移速率。相关工作以“Bioinspired adaptive response speed for high-quality human-robot interactions”发表在《Science Advances》上。

要点一： 通过光调控响应速度

由于二芳基乙烯的光致异构特性，在紫外光照和可见光照后器件表现出不同的响应速度。为了定量的描述衰减速率，我们定义了参数τp，τp值越小，响应速度越大。改变不同的脉冲条件，可见光照后光电流的衰减速度都快于紫外光照后。

图二：器件的光控响应特性。

图三：器件的电学性能。

要点二：分子工程调节

机理研究表明，紫外光通过降低光异构化合物的最低未占分子轨道（LUMO）能级来降低反向电荷转移速率，延长响应时间，而可见光通过增加LUMO能级来提高反向电荷转移速度，缩短响应时间。因此器件有可能实现HRI中机器人响应速度的自适应控制。同时，通过分子工程可以很容易地调整双向可调性，从而促进对机器人响应和视频播放速度的双重控制。

图四：光调控机理。

要点三：人机交互中响应速度调节

在紫外线或可见光照射下，OFGFET的响应速率可以双向调节，以实现HRI的舒适区。如图5可用于视频播放速度的调控，对于运动速度较慢的物体可以调快播放速度，节约时间，而对于运动速度过快的物体，可以调慢播放速度以获得清晰的运动轨迹。

这项工作提出了一种实现响应速度双向控制的创新策略，为在各种HRI场景中实现智能机器人的高适应性和功能性提供了有效途径。

图五：在人机交互中的应用。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw2253

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！