研究人员发明了通过咬来控制电子设备的交互式护齿器

手部功能有限的人很快就可以通过佩戴智能护齿器来控制计算机、智能手机和轮椅等设备，该护齿器可以准确、快速地将复杂的咬合模式转换为控制电子设备的指令。这种首创的咬合控制光电系统是由新加坡国立大学(NUS)理学院化学系刘晓刚教授领导的研究团队与清华大学的合作者共同发明的。

近年来，人们开发了各种辅助技术，如语音识别、眼动追踪和脑机接口，以帮助人们——尤其是那些行动不便或神经系统疾病的人——控制电子设备。然而，这些技术在环境干扰、控制精度、成本和维护方面存在局限性。

为了给现有的辅助技术提供一种有前途的替代方案，刘教授和他的团队成功地设计并展示了一种包含集成压力传感器来检测咬合模式的智能护齿器。这些模式以98%的准确率转化为数据输入，可用于控制计算机、智能手机和轮椅。

该团队的技术突破于2022年10月10日发表在《自然电子》杂志上。

除了支持人机交互外，交互式护齿还可用于医疗辅助、智能电子皮肤等保健设备、牙科诊断等。

当前辅助技术的局限性

辅助技术有助于促进残疾人的独立性和自主性。不幸的是，这样的技术也有明显的缺点。例如语音识别需要较大的运行内存，需要在低噪音环境下运行，而眼动追踪则需要在用户面前安装摄像头，容易产生疲劳感。尽管近年来脑机接口有了很大的改进，但这项技术是侵入性的，需要笨重的有线仪器。

咬合力，通常用作评估咀嚼(咀嚼)功能的参数，是一个没有被很好理解或资本化的有前途的领域。由于牙齿咬合提供了高精度控制并且需要最少的技能，刘教授和他的团队通过利用独特的咬合接触模式提出了辅助技术的新概念。

将咬合模式转化为设备控制的有用数据

研究小组首先设计了一种传感器，该传感器包括一系列含有不同颜色荧光粉的接触垫——这些荧光粉是响应压力而发光的物质。接触垫阵列放置在柔性护齿器内。

咬伤会导致接触垫机械变形并发出不同颜色和强度的光，这些光可以使用机器学习算法进行测量和处理。收集的数据随后用于高精度远程控制和操作各种电子设备，例如计算机、智能手机和轮椅。

与现有的辅助技术相比，这种新型护齿器重约7克，需要较少的培训经验。

“我们的咬合控制光电系统能够以98%的准确度将复杂的咬合模式转换为数据输入。我们还证明，我们的新型传感器可以区分机械变形，包括应变、压缩和弯曲，使其适用于多功能机械传感应用，例如微型力传感、柔性电子、人造皮肤和牙科诊断，”刘教授解释说。

目前在实验室生产每个智能护齿器的成本为100新元(70美元)，该团队预计在大规模生产中成本将大幅降低。尽管目前的原型是为整齐排列的牙齿而设计的，但可以为具有不同牙齿图案的用户或佩戴假牙的个人开发一种带有不规则排列的磷光填充垫的护齿器。

该研究团队已为这项创新技术申请了专利，他们正在探索在临床环境中验证其设备的机会，例如护理中心或疗养院。同时，研究人员还在寻找增强技术的方法，例如更快的数据处理和培训。

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