柔性电子技术作为一种颠覆性新质生产力，有望引领科技创新“开道超车”。在《微处理机》编委会及特邀编审共同策划下,我们组织了"柔性电子"主题专刊。本专刊涵盖了柔性电子领域在人机交互、传感与探测、先进功能材料等前沿方向的国内外最新研究进展。这些论文不仅展示了作者们在各自领域内的深厚功底和独到见解,也为我们提供了宝贵的参考和启示。
柔性电子赋能的智能人机交互系统：现状、优势与挑战
龚道军，王学文
（西北工业大学柔性电子研究院，西安 710072）
摘 要: 柔性电子赋能的智能人机交互系统，相较于传统电子器件，展现出卓越的柔韧性和适应性，满足人机交互的多样化需求。本文旨在全面梳理柔性电子在智能人机交互系统中的研究现状，深入剖析柔性电子在人机交互领域的优势，同时总结并指出柔性电子在人机交互领域的机遇与挑战，并进一步展望柔性电子赋能的智能人机交互系统的未来发展趋势，为后续的技术研发与实际应用提供坚实的理论指导。
关键词： 柔性电子；人机交互；人工智能；柔性传感器；柔性显示技术
DOI：10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.001
Flexible Electronics-Enabled Intelligent Human-Machine Interaction Systems: Current Status, Advantages, and Challenges
GONG Daojun, WANG Xuewen
( Institute of Flexible Electronics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China )
Abstract: Intelligent human-machine interaction systems enabled by flexible electronics demonstrate superior flexibility and adaptability compared to traditional electronic devices, meeting diverse requirements of human-machine interaction. This paper aims to comprehensively review the current research status of flexible electronics in intelligent human-machine interaction systems, thoroughly analyze the advantages of flexible electronics in the field of human-machine interaction, while summarizing and identifying the opportunities and challenges of flexible electronics in human-machine interaction. Furthermore, it looks into the future development trends of intelligent human-machine interaction systems enabled by flexible electronics, providing solid theoretical guidance for subsequent technological development and practical applications.
Key words: Flexible electronics; Human-machine interaction; Artificial intelligence; Flexible sensors; Flexible display technology
1 引 言
随着人工智能时代的到来，便携式电子设备作为重要的信息承载和处理设备之一，已经成为人类科技发展中不可或缺的一环。传统电子设备基于集成电路，主要是由各种刚性材料制造，无法满足不规则、柔软或特定运动状态下的物体对电子设备的需求[1-2]，这一传统电子设备制造困境便使得柔性电子技术应运而生。柔性电子学的概念已存在数十年[3]。早在20世纪60年代，科学界首次提出无机柔性电子的概念，并首次推出柔性太阳能电池[4]。20世纪70年代至80年代，随着导电聚合物、有机半导体和非晶硅在柔性和可加工性领域的不断突破，柔性电子具备了传统电子设备无法实现的弯曲，拉伸，折叠等特性，迎来了快速发展阶段[5-6]。近年来，随着人工智能、物联网等技术的不断演进，人机交互系统正逐步向智能化、自然化、沉浸式的方向发展[7]，且将更加注重用户的个性化需求和用户感受。柔性电子技术的引入，使得人机交互界面更能贴合人体曲线，提供了更舒适的交互体验[8]。柔性电子的应用极大丰富了人机交互的形式和内容，提高了信息传递效率[9]。本文旨在总结近年来柔性电子在人机交互领域的研究现状，分析柔性电子在人机交互领域的优势，总结并指出柔性电子在人机交互领域的机遇和挑战，以期为柔性电子的进一步发展和其在人机交互领域的深入应用提供参考。
2 柔性电子在人机交互领域研究现状
2.1 显示与用户界面技术
柔性电子在多个技术领域对人机交互的赋能提供了路径及其关键特性，包括柔韧性、高灵敏度和生物相容性等，如图1所示。随着显示与用户界面友好型的电子产品需求的日益增加，柔性电子结合了显示与用户界面技术，开发出了一系列用户友好型高柔性可穿戴电子产品。在众多显示与用户界面技术研究中，显示器是最典型的可视化设备，因此，开发更智能、用户更友好的显示设备已经成为这一领域的研究重点[10]。与传统刚性显示器不同，柔性显示器可以同时实现动态折叠和静态折叠（例如：基于有机发光二极管的可折叠手机已经被成功商业化），这一特性使得柔性显示器可以满足人机交互的更多需求，因此，柔性显示器技术近年来受到研究者的广泛关注[11-13]。
图一 柔性电子对人机交互的赋能路径及关键特性
一个完整的显示模块由多个不同的光学层组成，且每层表现出不同功能。例如：有机电致发光二极管（Ｏrganic Ｌight Ｅmitting Ｄiode, OLED）显示器可由盖窗、触摸传感器、圆形偏振器和发光层组成[14-15]。其中透明粘弹性膜（Ｃlear Ｖiscoelastic Ｆilm, CVF）作为一种典型的压敏粘合剂对不同功能显示模块的安全连接至关重要。柔性器件的设计要求之一是在发光层上施加最小应力，甚至无应力。由于多数显示层为刚性，因此具有本征柔性的CVF在优化显示模块应力和折叠力学方面被广泛应用。平衡各种相互矛盾的性能（例如：低模与高粘附力或高弹性与良好的应力松弛）是设计应用于柔性显示屏的 CVF 关键。FＡＮＧ Ｙuwei及其团队开发了一种由长链聚丙烯酸酯基体和短链聚氨酯组成的相互贯穿的双网络结构CVF，该材料在宽温度范围内表现出了低玻璃化转变温度和低模量[16]。CVF制造工艺的化学图如图2所示。聚丙烯酸酯的轻度交联形成CVF的粘性组分，该组分在变形后提供所需的应力松弛和高能量耗散，从而实现高粘附性。薄膜拉伸后光学图像和扫描电镜图如图3所示。单轴拉伸试验的应力-应变曲线如图4所示。聚氨酯网络及其与聚丙烯酸酯的互锁结构作为CVF的弹性组分，提高了CVF的变形恢复能力。此外，丰富氢键的相互作用进一步增强了其韧性。基于此性能，该CVF在柔性显示器件中得到较好的应用。
图2 CVF制造工艺化学图
图3 薄膜拉伸后光学图像和扫描电镜图
图4 单轴拉伸试验的应力-应变曲线
利用高速发展的柔性技术，不仅成功实现了基于超薄塑料基板的柔性显示器，同时也引入了可折叠和可卷曲显示器，允许用户根据需求调整屏幕尺寸[17]。近年来，可拉伸显示器逐渐成为该领域研究重点，其能够以静态和动态无限制的形式提供视觉信息，从而在显示器形态上取得创新。为了实现可拉伸显示器的实际应用，可拉伸基板必须在应变超过30%的情况下保持稳定的拉伸和恢复功能[18]。该领域早期的研究采用了屈曲或剪纸（Kirigami）设计，旨在于塑料基板中引入可拉伸特性[19]。尽管这些依赖于结构设计的方法可以在一定程度上解决显示器的柔性需求[20]，然而，机械和光学方面的挑战依然存在，如分辨率有限和图像模糊等仍无法被完全克服。随着低温加工技术的发展，可将具有可拉伸性的弹性体材料作为基板，用以克服塑料基板的局限性。其中，弹性体的高泊松比仍然是难题，无论拉伸方向如何，都会导致图像失真。为了减轻泊松效应引起的非预期基板变形从而导致的图像扭曲问题，并确保在实际显示应用中，各方向拉伸时像素可预测地移动，CHOI Junchan研究团队[21]通过将自变形软机械超材料（Mechanical Metamaterial, MM）框架嵌入弹性体基体中，开发了一种在x和y方向均表现出接近零泊松比（ν）的元弹性体（Meta-Elastomer, ME）基板。相应的有限元模拟和实验结果如图5所示。每个可拉伸衬底的双向泊松比实验结果如图6所示。
图5 x-y双向泊松比有限元模拟
图6 每个可拉伸衬底的双向泊松比
该方法允许MM框架发生结构变形和固有伸长，从而实现双向独立拉伸变形。在拉伸应力下，通过MM框架的膨胀（负泊松比）与弹性体基体的收缩（正泊松比）之间的相互作用，实现了对泊松比的有效调控。MM框架与弹性体基体的模量比约为24.6，表明在0～30%的拉伸应变范围内，ME10基板在x和y方向上的泊松比分别接近0.07和0.06。
此外，通过匹配MM框架和弹性体基体的折射率，可以最大限度地减少由折射引起的光线畸变，并实现约91%的高可见光透射率。该可拉伸ME基板在高达180%的应变下表现出卓越的机械鲁棒性，且未发生结构破坏，这归因于框架和基体界面处的强化学键合。此外，MM框架在重复拉伸应力下显著降低了弹性体基体的粘弹性损失，在30%拉伸应变下经过10 000次循环后应力变化仅为8%。同时，该ME基板的LED像素位移与x和y轴上的拉伸方向精确对齐，有效消除了泊松效应引起的图像扭曲，可为实现更稳定、更可靠的可拉伸显示应用提供借鉴。
2.2 传感与识别技术
为了实现快速、精确和多任务处理性能，同时保持轻量化和高效能耗，人机交互设备应当实现小型化和简化的架构[22]。将柔性电子技术与人工智能相结合能充分体现柔性电子在动态环境下对多参数信号连续捕捉的优势。现有的人机交互技术涉及多种传感器，这些器件通过物理方式与微处理器相连，从而实现传感器和显示器之间的信息输入和输出[23-24]。传感器信息以多种形式展示，大致可分为物理传感信号和化学传感信号等。
2.2.1 物理信号传感
柔性电子器件可以通过测量生物电、压电、阻抗等物理信号来实现对心电、肌电等生物信号的检测。其中，对各种生物电信号如心电、肌电等进行测量是柔性电子器件目前较为成熟的一类应用。检测功能稳定、生物相容性良好，是电极获取高质量生物电信号的基本需求，因此近年来电极性能提升、新型电极制备等研究领域受到国内外研究者的广泛关注[25]。
在持续的生物信号记录中，可穿戴干电极的生物信号采集会受到因身体运动和汗液分泌过程导致的高界面阻抗等影响。ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ等人[26]通过溶液法将PEDOT:PSS、水性聚氨酯和D-山梨醇混合，制备了兼具高导电性、机械柔韧性/可拉伸性和生物相容性薄膜。其化学结构如图7所示。该薄膜电极具有低皮肤/电极界面阻抗和良好的皮肤顺应性，如图8所示。因此该电极可用于在各种皮肤条件下获取高质量的表皮生物电信号。通过在微柱结构上制备该电极，使它们能够避免毛发干扰，与头皮建立牢固接触，从而收集高质量的脑电图信号。电极制备过程如图9所示。
图7 溶液法制备薄膜的化学成份及结构
图8 薄膜在各种皮肤上的粘附性
图9 三维电极制备示意图
为了进一步探究该电极的潜在应用，该薄膜电极还被用于临床检测，与商业Ag/AgCl电极相比，该电极在患者日常生活和康复的长期健康监测方面更具优势。该电极检测了视神经在闭眼和睁眼过程中触发的电位。闭眼时，生物电势的频率范围落在7～15 Hz之间，呈现出典型的α波特征。相比之下，睁眼时电极检测信号的频率范围更广。
在可穿戴医疗诊断领域，同时实现高灵敏度、快速响应和低传感极限仍面临挑战。对于高度敏感的人类皮肤，表皮和真皮层的棘体微结构在感知信号的传递中起着重要作用。LU Ming等人[27]基于人体皮肤的微观结构，将制备的聚己二酸丁烯-聚氨酯（PBAPU）弹性体进行组装，并涂覆MXene纳米片，设计了一种柔性皮肤状传感器，用于实时个人健康监测和及时光热疗法。PBAPU的分子结构及皮肤结构如图10所示。以此制备出的传感器实现了宽感测范围（300 kPa）、高灵敏度（784.02 kPa-1）、低检测限（0.12 Pa）、快速响应/恢复时间（11/10 ms）和出色的循环稳定性（超过15 000次），可用于检测各种生理信号和微小的电生理信号（如心电图和肌电图信号），适用于可穿戴智能诊断传感和智能医疗治疗。
图10 PBAPU弹性体分子结构及皮肤结构
此外，该结构还表现出快速的光热加热速率、可控的温度调节和显著的光热稳定性，可用于智能光热疗法治疗手腕/肘关节炎，如图11所示。综上可知，该项工作为个性化健康监测、智能人机交互和实时医疗治疗的集成提供了思路。
图11 在智能光热疗法上的应用
2.2.2 化学信号传感
除了对物理信号的检测外, 可穿戴传感系统还可以对汗液、唾液等体液中含有的化学和生物信号进行测量[28]。汗液量、累积损失量及温度的检测，能够为诊断与热应激相关的热调节功能障碍及疾病提供宝贵的生理学信息。然而，要精确且持续地估算这些参数仍面临挑战。
KWON Kyeongha团队报道了一个柔性皮肤界面平台，能够实时无线监测汗液的流量、累积损失量[29]。该平台利用一段短而直的流体通道，在汗液从皮肤表面渗出时将其捕获。该方法避免了复杂微流控网络的需求，并使电子设备与周围的生物液体相隔离。平台采用一种无创流量传感器，由高效的热驱动器和一系列精密热敏电阻组成，它们均与汗液进行热耦合但不与其直接接触。该方法能够在生理相关范围内（0~5 μL /min）测量并无线传输汗液流量，最大限度地减少了对环境波动（如气流/对流）和实际范围内体温变化的干扰。该系统的主动元件与身体和汗液保持分离，且不限制可测量的汗液量。在不同身体部位、不同体温下以及运动和静息状态下进行了人体测量。例如：利用该系统分别对人在运动状态下进行测试，对汗液率损失以及对汗液中氯和葡萄糖水平的多模态感知。测试对象运动约10 min、14 min和23 min后，排汗量分别达到11.1 μL、20.7 μL和31.63 μL。在8 min、14 min和26 min运动后，氯浓度分别为61.7 mM、62.3 mM和64.5 mM。在运动14 min、23 min后，葡萄糖浓度分别为39.2 μM和70.6 μM。
为了获得人类健康的完整图像，同时跟踪体内的多种分泌物是必要的，然而这项技术至今仍具有挑战性。WANG Yingli等人开发了一种具有近乎通用分子识别能力的可穿戴等离子-电子集成传感平台[30]。该平台集成了作为关键传感元件的表面增强拉曼散射活性（SERS）等离子体超表面和能够从人体自动提取汗液及分析物的柔性电子系统。每种分子都具有独特的SERS光谱，因此该可穿戴传感器可以对汗液中提取的目标分子进行“指纹识别”。作为概念验证研究，使用该传感器可以实时追踪人体内药物浓度变化，从而获得个人的药物代谢特征。该集成可穿戴传感器通过实时追踪体内重要分子，可以弥合个性化诊断或治疗方面的现有差距，在闭环反馈药物输送系统中监测生理指标或药物浓度方面展现出巨大潜力。
2.3 脑机接口与人工智能技术
脑机接口（Brain-Ｃomputer Ｉnterfaces, BCI）允许大脑与外部计算机和控制器之间进行直接通信。目前的系统可以与大脑中的神经元进行交互、记录神经信号、提取大脑内部状态进行外部控制并传递反馈信号进行神经调节[31]。BCI的关键技术是信号采集的神经接口。非侵入性的神经接口，如脑电图，提供了一种提取脑信号的初步方法，可以进行大规模的监测。目前BCI的关键性问题是无法长期、稳定地跟踪来自大脑中相同神经元的神经活动。记录的神经信号并不稳定，所以需要每天重新校准来稳定大脑解码的信号。从根本上说，信号的不稳定性是由于传统刚性电子和软脑组织之间的机械和几何不匹配。YANG Xiao团队[32]构建了一种开放的三维电子网络-神经元样电子网络（Network-Neuron-Like Electronics, NeuE）。该探针与神经元的亚细胞特征、大小和力学特性相匹配。NeuE和神经元的结构对比如图12所示。图13给出了一个神经元的荧光显微镜图像。
图12 NeuE和神经元结构对比示意图
图13 神经元在荧光显微镜中的图像
NeuE探针引起的免疫反应可以忽略不计，并从植入后第2天开始与大脑呈现无缝的互穿界面。另外，研究显示，在几乎自然的生理环境下，单个细胞的单位记录稳定，且记录质量没有下降。这源于探针的结构和机械性能与微环境中局部细胞成分相匹配，从而在很大程度上消除了与信号不稳定相关的微动和组织损伤。此外，NeuE可作为新生神经元迁移的基质，表明其具有引导细胞迁移到损伤部位以辅助修复或再生受损组织的潜力。图14为该研究中植入一周后神经元的三维图像显示。这种受生物启发的NeuE神经接口在结构上与神经元较为相似，功能稳定且具有再生促进作用，可为下一代脑机接口和生物医学治疗开辟新机遇。
从神经网络中动作电位分辨率的记录对于理解大脑的信息处理至关重要。Khodagholy开发了一种兼具生物相容性和可扩展性的神经界面阵列（“神经网格”）[33]。该网络具有神经密度电极，且基于以下设计原则：记录神经元体平均大小，神经元密度相匹配的电极密度；使用PEDOT:PSS作为界面材料，得益于其高电导性、高离子导电性和高离子迁移率，减少组织和电极之间的电化学阻抗失配；采用聚氯代对二甲苯进行封装，实现一种4 μm厚度且超柔顺结构的微制造，该结构能够紧密贴合复杂的曲线表面；整个微加工过程是基于普通的光刻图案，且以铂和金用作互连和衬垫子，被嵌入在设备的机械中性平面（2 μm深度），以产生一个强大的机械结构，满足小的弯曲半径需求。如图15所示为神经网格光学显微镜图。如图16所示为神经网格的生物相容性实验。
图14 植入一周后神经元的三维图像显示
图15 神经网格光学显微镜图
图16 神经网格的生物相容性实验
基于以上技术，该神经网格可以高保真和长时间记录啮齿类动物和人类大脑皮层浅层的动作电位。所获取信号的高信噪比能够分析峰值活动与脑振荡之间的同步关系。该神经网格生成的大规模长期记录数据对于理解生理和病理网络活动、控制脑机接口以及脑疾病治疗中的闭环刺激等方面具有广泛的应用前景。
3 柔性电子在人机交互领域的优势
柔性电子在人机交互领域的优势主要体现在先进材料和工艺两个方面。采用高柔韧性和高适应性材料能使柔性电子设备紧密贴合人体复杂曲线，提供更舒适和高效的人机交互体验。柔性电子的加工工艺采用先进制造技术能实现高精度制造，使得柔性电子设备在人机交互中能够提供更精细、更准确的交互反馈[34]。
3.1 材料优势
为了使人机交互设备具备柔韧性和高适应性，聚乙烯醇（PVA）、聚酰亚胺（PI）等聚合物材料被广泛应用。KIM Jungwook团队通过真空过滤法制备基于PVA/纤维素纳米晶（CNC）的纳米复合薄膜[35]。该纸状薄膜不仅可折叠，而且可以自修复电子器件；断裂表面和受损区域可因氢键的形成而实现自修复。通过调控PVA/CNC薄膜成分、喷水溶液pH值及温度，可以优化自修复效率。Johner等人[36]通过溶液浇铸法制备了硅烷化纤维素纳米晶（SCNC）/碳纳米管（CNT）纳米晶。采用SCNC-CNT/聚二甲基硅氧烷（PDMS）组装而成的应变传感器展现出了超过100%的高应变范围，并具有良好的应变敏感性，在50 ℃下的灵敏度系数达到了37.11，同时提供了长期的稳定性和耐用性。
生物相容性聚合物是柔性电子设备中广泛应用的材料之一。使用生物相容性材料会降低甚至避免设备与人体接触时发生的过敏反应或排斥反应。这一特性使得柔性电子在医疗领域的人机交互中具有显著优势。WANG Yanping等人制备了一种基于纤维素且包含PEDOT:PSS柔性复合电极，用于监测心电图（ECG）信号[37]。通过控制EDOT的含量，可以优化聚（3, 4-乙撑二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（PCPP）薄膜的电导率。该薄膜即使在皱褶状态下仍能获得清晰的心电图信号特征波。在信号测量过程中未观察到皮肤刺激现象，此外PCPP薄膜也具有出色的柔韧性，增加了佩戴的舒适性。
3.2 工艺优势
柔性电子的高精度制造极大满足了人机交互对反馈的不同需求。柔性触摸传感器作为柔性可穿戴传感器的一个重要组成，近年来引起了国内外研究者的广泛关注，特别在人体动作识别、病人健康监测、电子皮肤等方面。触摸传感器的机械性能与柔性会因材料与制造工艺的不同而有所差异，诸如涂层印刷、纺丝等都是目前比较成熟的制造工艺。CHEN Sicheng等人[38]通过在多孔碳膜中嵌入电子诱导的垂直石墨烯薄片（20×20 mm2）构建了柔性触摸传感器。这些传感器具有快速响应时间（66 ms）和高灵敏度。KWEON Oyoung等人提出了一种基于聚合物材料的压力传感器，采用静电纺丝和气相沉积法制备了由聚乙烯（偏氟乙烯共六氟丙烯）（PVDF-HFP）/聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）组成的导电核/壳聚合物纳米纤维，并实现了高灵敏度电阻传感器[39]。
柔性电子的高度集成工艺将多种电子元件和传感器进行集成，不仅使柔性电子设备能实现更为复杂的交互逻辑和算法，也提高了其便携性，优化了人机交互体验。Hamedi等人报道了一种基于电子纤维的纺织逻辑电路，使用 P型消耗的有机电化学晶体管和分别具有低电阻和高电阻涂层的电阻线之间欧姆连接，展示了编织逻辑电路中的逆变器装置[40]。更复杂的电路，例如多路复用器（MUX）将来自多个数据源的数字信号编码到单个通道，每个通道线通过四种可能的二进制组合作为输入被成功地解决，为集成多维微电子系统实现可穿戴智能设备提供了新的机遇。
4 现状与展望
4.1 机遇与挑战
与传统笨重而坚硬的电子设备相比，具有柔性和可穿戴组件的人机交互系统是未来的必然趋势。近年来，我国政府出台一系列政策，助力推动柔性电子产业发展，例如：工信部、国家发改委在2018年颁布的《扩大和升级信息消费三年行动计划（2018～2020年）》中指出，要加快新型显示产品发展，支持企业加大技术创新投入，突破柔性面板等量产技术，以带动产品创新，实现产品结构调整；2020年国家发改委、科技部、工业和信息化部、财政部颁布的《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导》中提出要加快新一代信息技术产业提质增效，其中聚焦重点产业投资领域包括新型显示器件的核心技术攻关。在政策的推动下，柔性电子产业上下游企业紧密合作，共同解决行业难题。例如：福建厦门柔性电子研究院通过校企联合，先是了解企业具体生产需求，再由高校研究人员注入研发力量，高效且精准攻克技术难关，同时实现成果转化[41]。同时，研究院通过上下游联合，由下游企业提供具体应用需求，上游企业负责方案落地，共同解决了包括柔性电路板等在内的行业痛点。柔性电子技术不仅限于电子领域，还可以同人工智能、移动通信、健康医疗等多领域多学科交叉互融，共同推进产业革新。例如：黄维院士提出柔性电子在工业互联网领域将立足于感知、存储等领域，将工业互联网高度融合在智能生产中，为制造业向智能化转型奠定核心关键的技术基础[42]。此外，随着5G技术的不断推广，柔性电子在智能交通、智能通信等领域得到充分应用[43]。在健康医疗领域，柔性电子彻底改变了传统医疗保健向数字医疗保健的转变。总之，政策的大力支持为柔性电子在人机交互领域的应用提供机遇。通过上下游企业之间紧密合作和不同领域的融合发展，柔性电子技术正持续突破技术难关，加快与人机交互领域的深度融合和共同进步。
柔性电子技术和人机交互虽然都处于快速发展阶段，但是将柔性电子技术在人机交互领域的大规模应用仍然面临着挑战[44]。从宏观层面，产学研一体化的模式对于推进柔性电子技术的创新和应用至关重要。然而，尚未成熟的体系导致技术创新和市场需求之间存在较大差距。主要体现在高等院校、科研机构等技术创新与市场需求明显脱节；高等院校科研成果与实际应用的成果转化存在技术壁垒。另外，现有政策体系在柔性电子技术领域的针对性和支持力度尚显不足，特别是知识产权保护和信贷融资等方面。从微观层面，柔性电子技术在人机交互领域的应用还面临着诸多技术挑战。其中，能源存储器件的技术短板尤为突出。柔性电子储能器件不仅要具备高能量密度，还要实现不同电子设备的柔性需求。现有储能器件的柔性、能量密度和安全性等方面仍存在不足，因此，加强储能器件的研发，提高其循环性能、柔性和安全性能，是柔性电子技术发展的关键所在。此外，柔性电子技术在人机交互领域的应用还需要解决传感器灵敏度、数据处理速度、系统集成度等技术问题。这些问题的解决需要依靠材料科学、微电子技术、信息技术等多个领域的交叉融合与创新。与此同时，在人机交互领域，用户隐私和数据安全是两个至关重要的议题。随着技术的持续进步，尤其是在人工智能和大数据应用的背景下，用户数据的收集和处理变得愈发普遍。这种趋势虽然增强了用户体验和个性化服务，也引发了对隐私的重大关切。这些技术对科技发展和社会变迁的影响也相当深远。一方面，用户对隐私与安全的关注促使技术公司不断改进产品，实施更加严格的隐私保护措施。另一方面，用户隐私意识的提升也推动了法律法规的完善。总之，柔性电子在人机交互领域的应用仍然存在诸多挑战。在宏观层面，需要完善产学研一体化的发展模式，加强各方之间的沟通与协作；在微观层面，需要加强储能器件等关键技术的研发与创新。只有全面应对这些挑战，才能推动柔性电子技术在人机交互领域的广泛应用和发展。
4.2 前景展望
柔性电子在人机交互领域的应用潜力不仅在于技术创新本身，更在于如何通过技术的深度融合，创造出更加人性化、智能化的产品和服务。对于柔性电子与人机交互深度融合的前景展望可以包括以下几个方面：
① 技术创新与融合深化：通过对柔性电子技术的不断革新，实现与人机交互系统更深层次的交叉融合，其中包括开发更多功能的柔性传感器，能源存储和转化效率更高的储能设备，以及更智能的相应算法。
② 扩大柔性电子与其他应用领域交叉：柔性电子技术的发展不仅推动可穿戴设备和智能纺织领域的进步，还将可能促进智能家居和物联网系统的智能化升级。
③ 增强现实与虚拟环境的无缝对接：柔性电子技术可以实现更加轻薄、贴合人体曲线的AR/VR设备，减少用户的佩戴负担，并提高设备的舒适度和沉浸感。通过优化柔性电子性能，使用户在虚拟环境中的体验更加真实、细腻，从而推动AR/VR技术在教育、医疗、娱乐等多个领域的广泛应用。
未来，随着材料科学、电子工程和生物医学等多个领域的协同发展，柔性电子技术有望在更多领域实现应用，为人类社会的智能化、便捷化生活贡献更多力量。
5 结 束 语
柔性电子材料及其加工技术的不断进步，正推动着智能人机交互系统的不断创新。本文介绍了柔性电子在人机交互领域，包括显示与用户界面技术，传感与识别技术，接口与人工智能技术等领域的研究现状。柔性电子技术与人机交互相结合不仅丰富了人体监测数据的收集方式，也推动了监测设备的跨越式发展。同时，本文从材料和制造工艺两个方面介绍了柔性电子在人机交互领域的优势。柔性电子充分利用材料特性和高精度制造工艺，为人机交互提供更精细、更准确的交互反馈。最后，介绍了柔性电子在人机交互领域的机遇与挑战，并表明完善产学研一体化的发展模式，和寻求柔性储能系统的技术突破是当前亟需解决的两大难题。
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基金项目：国家自然科学基金面上项目(62371397)
作者简介：龚道军（1981—），男，广东省珠海市人，博士在读，主研方向：柔性传感与人机交互。
通讯作者：王学文（1984—），男，陕西省渭南市人，教授，博导，主研方向：特种柔性感知材料与器件。
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