可扩展磁感应电子皮肤实现高分辨率低能耗交互 推动无干扰扩展现实发展

为解决传统磁感应电子皮肤(e-skin)在大面积应用中面临的高能耗、低分辨率及机械性能受限等问题，德累斯顿工业大学Pavlo Makushko团队创新性地将巨磁阻效应(GMR)与电阻抗断层扫描(ERT)技术结合，开发出具有光学透明性、机械柔韧性和透气性的EMRT系统。该技术实现了120×120 mm2区域内亚毫米级精度的磁场连续感知，能耗较传统晶体管阵列降低三个数量级，为扩展现实(XR)和物联网(IoT)提供了革命性的人机交互解决方案。

　　

在生物界，许多物种通过磁感应能力实现导航定位，这种被称为"第六感"的生物学现象启发了科学家开发人工磁感知系统。随着扩展现实(XR)和医疗物联网(IoT)技术的快速发展，如何实现高精度、低能耗的人机交互界面成为关键挑战。传统电子皮肤(e-skin)虽能感知温度、压力等多种刺激，但在实现大面积连续磁感知时面临根本性限制：晶体管阵列的复杂电路设计导致能耗随面积呈指数增长，多层结构又损害了柔性电子必需的机械顺应性和透气性。这些瓶颈严重制约了磁感应电子皮肤在虚拟现实、智能医疗等领域的应用潜力。

德累斯顿工业大学(Technische Universit?t Dresden)的Denys Makarov团队在《Nature Communications》发表的研究中，创新性地提出"电气磁阻断层扫描(EMRT)"技术。该技术通过将蜘蛛网式的感知机制与电鳗的生物电定位原理相融合，仅用16个电极连接的巨磁阻(GMR)网状薄膜，就实现了120×120 mm²区域内亚毫米级精度的磁场连续测绘。这种设计使能耗降低至传统方案的1/500，同时保持85%透光率和相当于人体皮肤20倍的透气性，为下一代可穿戴设备树立了新标准。

研究团队采用三项核心技术：首先通过光刻工艺制备具有100μm周期、10μm线宽的[Co(1nm)/Cu(2.2nm)]₅₀多层GMR网状薄膜；其次开发了基于电阻抗断层扫描(EIDORS)算法的EMRT重建系统，通过208次采样即可完成全域磁场测绘；最后采用氧等离子体刻蚀在3μm厚Mylar基底上创建10,000孔/cm²的透气结构。实验验证了该系统在100%单轴拉伸和75%双轴变形下的稳定性能。

在"高分辨率低能耗非接触交互"部分，研究展示了70×70 mm²传感器能以0.6mm精度追踪磁力笔轨迹，准确识别"Hello"等手写输入。当磁笔距离12mm时仍可产生5-10mT的有效信号，而功耗仅2mA电流驱动。与传统晶体管阵列相比，面积扩大9倍时能耗仅增加20%，连续工作45分钟后温升不足1°C。

关于"光学透明与机械性能"的研究显示，通过调节填充因子(f=10-25%)，传感器在保持23%磁阻率的同时实现85%透光率。250μm弯曲半径下电阻变化<3%，100%单轴拉伸时性能无衰减。透气性测试表明，其水蒸气透过率比医用敷料高300%，为解决长期佩戴的皮肤不适问题提供了方案。

在"扩展现实应用验证"中，55×55 mm²传感器成功实现了VR分子模型的θ-φ双自由度操控。通过同时解析多个磁源信号，系统能识别复杂手势交互，且在汗液、衣物遮挡等干扰环境下保持稳定。更引人注目的是"磁感应隐形眼镜"示范，该装置通过三个距离阈值实现AR场景的导航-选择-缩放功能，为眼科手术等无菌操作场景提供了创新交互方案。

这项研究突破了传统电子皮肤在空间连续性与能耗效率间的权衡限制，其EMRT技术框架为未来人机交互开辟了新维度。特别是将磁感应与断层扫描结合的创新思路，不仅实现了500倍的能效提升，更保留了皮肤关键的生理特性。该技术既可作为XR设备的革命性输入界面，又能帮助残障人士重建环境感知能力，在智能医疗、机器人触觉等领域具有广阔前景。随着神经接口技术的发展，这种仿生磁感应系统或许终将让人类获得真正的"第六感"能力。