這項(xiàng)技術(shù)讓可穿戴設(shè)備在劇烈運(yùn)動(dòng)、水下等復(fù)雜環(huán)境中，依然能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)手勢(shì)識(shí)別和機(jī)械臂控制，為虛擬現(xiàn)實(shí)、康復(fù)醫(yī)療、工業(yè)救援等領(lǐng)域打開了新大門。

直擊痛點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)干擾是手勢(shì)識(shí)別的“敵人”

智能手表、運(yùn)動(dòng)手環(huán)等可穿戴設(shè)備早已融入生活，但傳統(tǒng)慣性測(cè)量單元（IMU）始終繞不開一個(gè)核心問題——抗干擾能力弱。

當(dāng)你跑步時(shí)，前臂的自然擺動(dòng)會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影；乘坐交通工具時(shí)，環(huán)境振動(dòng)會(huì)干擾信號(hào)；甚至簡(jiǎn)單的姿勢(shì)變化，都可能因?yàn)?strong>重力矢量改變導(dǎo)致設(shè)備方向偏移。

這些干擾信號(hào)要么和手勢(shì)信號(hào)頻率相近，要么幅度更大，很容易“淹沒”真實(shí)指令，而且不同人的動(dòng)作習(xí)慣差異大，進(jìn)一步降低了識(shí)別準(zhǔn)確率，讓運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下的人機(jī)交互淪為“擺設(shè)”。

在工業(yè)作業(yè)、康復(fù)訓(xùn)練等專業(yè)場(chǎng)景中，這個(gè)問題更顯致命。想象一下，救援人員在奔跑中想控制無人機(jī)探查險(xiǎn)情，卻因信號(hào)干擾頻頻誤操作；康復(fù)患者試圖通過手勢(shì)控制輔助器械，卻被身體晃動(dòng)影響指令傳遞——傳統(tǒng)設(shè)備的局限性，一直制約著人機(jī)交互的實(shí)用性。

雙重創(chuàng)新：硬件+AI打造“抗干擾神器”

為了攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)給出了“硬件革新+算法優(yōu)化”的雙重解決方案，讓可穿戴傳感器兼具“靈活性”與“智慧腦”。

迷你可拉伸傳感器

薄如紙片，戴感舒適，集成了六通道 IMU、肌電信號(hào)（EMG）模塊、藍(lán)牙微控制器單元和可拉伸電池，能夠無線捕獲和傳輸手勢(shì)信號(hào)。

這款傳感器尺寸僅1.8×4.5平方厘米，厚度2毫米，拉伸性超過20%，貼在前臂完全不影響活動(dòng)。它采用四層精巧設(shè)計(jì)，每層各司其職：第一層為電池層，充放電60次后仍能穩(wěn)定工作，庫侖效率接近100%；第二層包含天線匹配單元和EMG采集模塊，使用了三層電極結(jié)構(gòu)，確保信號(hào)采集的穩(wěn)定性；第三層集成了六通道 IMU 和藍(lán)牙微控制器單元，用于信號(hào)處理和無線傳輸。在開放環(huán)境中，藍(lán)牙在20米距離內(nèi)信號(hào)穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)行30分鐘最高溫度僅27.7℃，佩戴1小時(shí)皮膚溫度保持34.5℃，安全無負(fù)擔(dān)。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與性能

深度學(xué)習(xí)算法

抗干擾的核心，在于背后的AI“大腦”。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了包含19種前臂手勢(shì)，以及跑步、高頻振動(dòng)、姿勢(shì)變化等干擾信號(hào)的復(fù)合數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。最終選定的LeNet-5卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)最優(yōu)，召回率超0.92，精確度超0.93，特異性更是高達(dá)0.99。

針對(duì)不同人的個(gè)體差異，研究團(tuán)隊(duì)還引入遷移學(xué)習(xí)技術(shù)：只需每個(gè)手勢(shì)提供2個(gè)樣本（坐姿和躺姿各一個(gè)）進(jìn)行微調(diào)，就能將手勢(shì)識(shí)別準(zhǔn)確率從51%提升至92%以上，數(shù)據(jù)收集時(shí)間也從2分鐘縮短到6秒，大幅降低了使用門檻。

場(chǎng)景實(shí)測(cè)：跑步、水下都能精準(zhǔn)控設(shè)備

這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)力，在真實(shí)場(chǎng)景測(cè)試中得到了充分驗(yàn)證。在實(shí)時(shí)控制測(cè)試中，系統(tǒng)采用滑動(dòng)窗口機(jī)制實(shí)現(xiàn)連續(xù)手勢(shì)識(shí)別：手勢(shì)信號(hào)無線傳輸延遲約1毫秒，AI模型預(yù)測(cè)僅需1毫秒，收到三個(gè)連續(xù)相同預(yù)測(cè)后，機(jī)械臂275毫秒內(nèi)就能做出響應(yīng)。即便測(cè)試者在跑步機(jī)上劇烈跑步，前臂晃動(dòng)劇烈，系統(tǒng)仍能精準(zhǔn)控制機(jī)械臂完成抓取小瓶等精細(xì)動(dòng)作。

具有運(yùn)動(dòng)偽影的實(shí)時(shí)機(jī)械臂控制

更令人驚喜的是其水下應(yīng)用潛力。研究團(tuán)隊(duì)利用海浪模擬器獲取各種海浪干擾信號(hào)，構(gòu)建專屬數(shù)據(jù)集訓(xùn)練模型。測(cè)試中，潛水員在海浪干擾下，能精準(zhǔn)控制水下機(jī)器人開展目標(biāo)跟蹤、沉船檢查等任務(wù)。而海水還能降低電極-皮膚阻抗，進(jìn)一步提升肌電信號(hào)質(zhì)量，讓水下交互更順暢。

未來可期：重塑多領(lǐng)域人機(jī)交互模式

這項(xiàng)抗干擾人機(jī)交互技術(shù)的突破，不僅解決了可穿戴設(shè)備的“老大難”問題，更在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出變革性潛力。在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，它能讓肢體活動(dòng)不便的患者，在日?；顒?dòng)中精準(zhǔn)控制康復(fù)器械，助力功能恢復(fù)；在工業(yè)場(chǎng)景中，工人可在高動(dòng)態(tài)作業(yè)環(huán)境下免手持控制工具，提升作業(yè)安全性與效率；在消費(fèi)電子領(lǐng)域，未來的智能手表、VR設(shè)備將擺脫靜止?fàn)顟B(tài)的使用限制，運(yùn)動(dòng)中切歌、跑步時(shí)操控設(shè)備都能精準(zhǔn)響應(yīng)。

從實(shí)驗(yàn)室到真實(shí)場(chǎng)景，從陸地到水下，這項(xiàng)由華人團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的研究，用“硬件+AI”的創(chuàng)新思路，打破了人機(jī)交互的環(huán)境限制。隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善，或許不久后，我們就能在任何場(chǎng)景下，與智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)“心有靈犀”的順暢溝通。

來源：上海宏勃生物科技發(fā)展有限公司