青島大學(xué)最新研究登上Cell頭條：自供電眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)，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(xué)和香港科技大學(xué)的一項(xiàng)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(fā)表在 Cell 子刊Cell Repoers Physical Science。青島大學(xué)龍?jiān)茲?/strong>教授、香港科技大學(xué)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(fā)電機(jī)（TENG）原理，提出了一種自供電眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)——ET-TENG，通過捕獲眨眼時(shí)眼瞼與眼球摩擦產(chǎn)生的能量，并將其應(yīng)用于眼動(dòng)檢測(cè)，該系統(tǒng)有望徹底改變漸凍癥等嚴(yán)重行動(dòng)障礙人士的輔助技術(shù)。

該系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)眼動(dòng)追蹤技術(shù)依賴外部電源、無法在黑暗中工作的瓶頸，其高靈敏度、簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)和強(qiáng)抗干擾能力為推動(dòng)人機(jī)交互領(lǐng)域應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

隨著對(duì)眼睛的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)可以通過眼球運(yùn)動(dòng)來表達(dá)想法。患有肌肉萎縮癥（例如漸凍癥）的人可以通過移動(dòng)眼球來控制輪椅和使用電腦。同樣，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）眼鏡的用戶也可以通過眼球運(yùn)動(dòng)來控制顯示內(nèi)容和翻頁(yè)。

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(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間佩戴時(shí)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(dǎo)致了它們體積增大、重量增加。而且，這些設(shè)備在光線昏暗的環(huán)境下也無法使用。

由于電池容量有限，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的電力供應(yīng)和高效運(yùn)行變得頗具挑戰(zhàn)性。與此同時(shí)，基于摩擦電和壓電效應(yīng)的傳感器能夠有效地檢測(cè)眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，但在精確識(shí)別轉(zhuǎn)動(dòng)角度方面仍存在局限性。因此，迫切需要一種輕便、穩(wěn)定且易于使用的自供電眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)。

作為一種新型的能量收集技術(shù)，摩擦納米發(fā)電機(jī)（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(fā)電機(jī)的自供電眼球追蹤傳感器，其利用預(yù)充電界面與人眼皮膚之間的靜電相互作用來產(chǎn)生交互信號(hào)，為可穿戴設(shè)備的供電提供了一種新方法。但該系統(tǒng)仍依賴于由電暈充電裝置提供的持續(xù)電源來保持穩(wěn)定運(yùn)行，這也為后續(xù)改進(jìn)指明了方向。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種單電極模式的自供電眼動(dòng)追蹤摩擦納米發(fā)電機(jī)（ET-TENG）系統(tǒng)。該系統(tǒng)收集由眨眼時(shí)眼瞼和眼球之間的摩擦產(chǎn)生的能量，并將其應(yīng)用于眼動(dòng)檢測(cè)，它能夠檢測(cè)眼球的最小偏轉(zhuǎn)角度為 2°，準(zhǔn)確率達(dá)到 99%。

ET-TENG 克服了傳統(tǒng)基于圖像識(shí)別的眼動(dòng)追蹤傳感器在黑暗中無法工作的缺點(diǎn)。在摩擦層（FL）附著在眼球表面后，產(chǎn)生的電勢(shì)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(huán)境噪聲對(duì)傳感器的影響，研究團(tuán)隊(duì)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(fù)雜的電磁環(huán)境中也能確保高精度，不出任何問題。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究的主要目標(biāo)是幫助行動(dòng)不便人士，但這種自供電的眼動(dòng)追蹤器還有很多應(yīng)用潛力，例如，在太空探索這種高風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中，它可以讓宇航員無需動(dòng)手即可操控復(fù)雜的控制面板。在汽車領(lǐng)域，它使智能汽車能夠監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞，而無需使用笨重且侵入性強(qiáng)的傳感器。此外，娛樂行業(yè)也能從這種自供電技術(shù)中受益，無需笨重的電池，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭戴設(shè)備也可以得益于該技術(shù)而變得更輕薄、更節(jié)能、更舒適，甚至實(shí)現(xiàn)全天佩戴。

總的來說，該研究研究基于摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）原理，提出了一種自供電眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)——ET-TENG，通過捕獲眨眼時(shí)眼瞼與眼球摩擦產(chǎn)生的能量，并將其應(yīng)用于眼動(dòng)檢測(cè)。該系統(tǒng)在捕捉眼球運(yùn)動(dòng)方向的同時(shí)，可檢測(cè)到最小 2° 的眼球偏轉(zhuǎn)角，準(zhǔn)確率高達(dá) 99%。該設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)眼動(dòng)追蹤技術(shù)依賴外部電源、無法在黑暗中工作的瓶頸，其高靈敏度、簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)和強(qiáng)抗干擾能力為推動(dòng)人機(jī)交互領(lǐng)域應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

論文鏈接：

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