青島大學最新研究登上Cell頭條：自供電眼動追蹤系統，利用眨眼的能量幫助癱瘓者操控輪椅

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

近日，青島大學和香港科技大學的一項研究，登上了Cell Press頭條。

該研究以：Self-powered eye-tracking system by harvesting the energy of blinking 為題，于 2026 年 1 月 7 日發表在 Cell 子刊Cell Repoers Physical Science。青島大學龍云澤教授、香港科技大學范智勇教授為論文共同通訊作者。

該研究研究基于摩擦納米發電機（TENG）原理，提出了一種自供電眼動追蹤系統——ET-TENG，通過捕獲眨眼時眼瞼與眼球摩擦產生的能量，并將其應用于眼動檢測，該系統有望徹底改變漸凍癥等嚴重行動障礙人士的輔助技術。

該系統突破了傳統眼動追蹤技術依賴外部電源、無法在黑暗中工作的瓶頸，其高靈敏度、簡易結構和強抗干擾能力為推動人機交互領域應用提供了技術支撐。

隨著對眼睛的深入研究，人們發現可以通過眼球運動來表達想法。患有肌肉萎縮癥（例如漸凍癥）的人可以通過移動眼球來控制輪椅和使用電腦。同樣，增強現實（AR）眼鏡的用戶也可以通過眼球運動來控制顯示內容和翻頁。

目前，紅外線和圖像采集方法可用于眼球追蹤。這些方法常常存在體積大、重量沉等問題，導致長時間佩戴時佩戴者感到疲勞。暴露于紅外線輻射還有可能損害眼睛。此外，這些方法需要外部電源，這導致了它們體積增大、重量增加。而且，這些設備在光線昏暗的環境下也無法使用。

由于電池容量有限，在長時間內保持穩定的電力供應和高效運行變得頗具挑戰性。與此同時，基于摩擦電和壓電效應的傳感器能夠有效地檢測眼球轉動的方向，但在精確識別轉動角度方面仍存在局限性。因此，迫切需要一種輕便、穩定且易于使用的自供電眼動追蹤系統。

作為一種新型的能量收集技術，摩擦納米發電機（Triboelectric Nanogenerator，TENG）能夠有效地收集各種低頻能量源。近期，研究人員提出了基于納米發電機的自供電眼球追蹤傳感器，其利用預充電界面與人眼皮膚之間的靜電相互作用來產生交互信號，為可穿戴設備的供電提供了一種新方法。但該系統仍依賴于由電暈充電裝置提供的持續電源來保持穩定運行，這也為后續改進指明了方向。

在這項最新研究中，研究團隊提出了一種單電極模式的自供電眼動追蹤摩擦納米發電機（ET-TENG）系統。該系統收集由眨眼時眼瞼和眼球之間的摩擦產生的能量，并將其應用于眼動檢測，它能夠檢測眼球的最小偏轉角度為 2°，準確率達到 99%。

ET-TENG 克服了傳統基于圖像識別的眼動追蹤傳感器在黑暗中無法工作的缺點。在摩擦層（FL）附著在眼球表面后，產生的電勢在 600 秒后保持在 -0.62 kV。為了避免影響佩戴者的正常生活，ET-TENG 所使用的材料具有高生物相容性和高透光率，其重量與普通眼鏡無異。為了防止人和環境噪聲對傳感器的影響，研究團隊分別在硬件端和軟件端引入了濾波電路和濾波程序，使其即使在復雜的電磁環境中也能確保高精度，不出任何問題。

研究團隊表示，這項研究的主要目標是幫助行動不便人士，但這種自供電的眼動追蹤器還有很多應用潛力，例如，在太空探索這種高風險的環境中，它可以讓宇航員無需動手即可操控復雜的控制面板。在汽車領域，它使智能汽車能夠監測駕駛員疲勞，而無需使用笨重且侵入性強的傳感器。此外，娛樂行業也能從這種自供電技術中受益，無需笨重的電池，虛擬現實（VR）頭戴設備也可以得益于該技術而變得更輕薄、更節能、更舒適，甚至實現全天佩戴。

總的來說，該研究研究基于摩擦納米發電機（TENG）原理，提出了一種自供電眼動追蹤系統——ET-TENG，通過捕獲眨眼時眼瞼與眼球摩擦產生的能量，并將其應用于眼動檢測。該系統在捕捉眼球運動方向的同時，可檢測到最小 2° 的眼球偏轉角，準確率高達 99%。該設計突破了傳統眼動追蹤技術依賴外部電源、無法在黑暗中工作的瓶頸，其高靈敏度、簡易結構和強抗干擾能力為推動人機交互領域應用提供了技術支撐。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(25)00625-3