基于摩擦起电技术的智能键盘研发成功

2015-1-23 13:13| 发布者: chenl| 查看: 719| 评论: 0|来自: 中国科学院

摘要: 近日,由美国佐治亚理工学院和中国科学院北京纳米能源与系统研究所共同参与的科研团队在王中林教授的带领下,设计和制作出一种智能键盘。创造性的利用手指和按键之间的摩擦起电效应,将敲击键盘的机械能直接转变为电...

近日,由美国佐治亚理工学院和中国科学院北京纳米能源与系统研究所共同参与的科研团队在王中林教授的带领下,设计和制作出一种智能键盘。创造性的利用手指和按键之间的摩擦起电效应,将敲击键盘的机械能直接转变为电信号。这些击键过程产生的电信号,既可以实现自供电的智能传感功能,又可以将其作为电能收集起来,将容易浪费掉的机械能回收和利用。相关研究成果在线刊登于《ACS Nano》(DOI: 10.1021/nn506832w)

计算机中信息的安全性与日常生活、商业发展和国家安全息息相关。以往我们通过设置密码等措施来保护计算机中的信息,但保护能力是非常有限的,一个能够提供多重安全防护的智能键盘是很有必要的。此外,击键是人们日常生活中十分常见的行为,在操作键盘、ATM 自动取款机、收银机时,这些击键的机械能被白白的浪费了。因此,一个能够采集击键机械能,并且转换成电能的键盘是也是十分有必要的。

由博士生陈俊,博士朱光和杨进等组成的主力团队,在王中林教授的指导下,发明了一种智能键盘系统,可以有效防止未被授权的人侵入计算机系统。基于人的手指皮肤跟按键的接触起电而产生的电信号,所发明的智能键盘可以有效的形成自报警系统。当一个非法的按键操作出现在智能键盘上时,击键所产生的电学信号可以触发一个无线警报系统,从而实现自报警功能。此外,击键所产生的电学信号还可以被作为定位信号,从而识别按键的位置,进一步实现了输入的追踪和识别。由于击键者的击键习惯、手指的尺寸和个人的生物电的大小等因素的不同,会产生相应不同的电学信号,所以这个击键信号不仅可以记录击键过程中的时间因素,还可以定量的表征击键过程中的具体的动态变化信息。在个人最习惯的击键方式下,输入某个字符串所得的电学信号应该是唯一的,可以用来代表并且区分击键者。

同时,发明的智能键盘还可以有效收集击键的机械能,将其转换成电能存贮起来。所产生的电能的能量密度大约为69.6 微瓦每平方厘米。在击键速度为每分钟350 字符且对电容充电时,可以取得0.019 伏特每秒的充电速率。同时,我们还观察到,充电的速率跟击键的速度是成正比的。最后,通过刻蚀的方法在FEP表面制成高分子纳米线阵列,使薄膜表面具备超憎水的特性,可以有效防止手指表面的汗液对电学信号输出的影响。这种智能键盘将会在人工智能,计算机网络安全,网络接入控制等领域有望广泛被应用。

相关原理图,图片来源:cas.cn


  a.器件结构的三维示意图   b. 智能键盘实现输入字符的追踪和识别 c.智能键盘实现自报警功能. d.基于智能键盘的击键动力学来进行人体识别 e. 在将击键机械能转换成电能时,充电速率跟击键的速度成正比


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