由于潜在的骨骼结构和皮肤纹理、弹性和颜色的变化,身体提供了许多可识别的标志。这些身体标志物的视觉和空间线索可以帮助定位在身体上的界面,指导在身体上的输入,并允许轻松地回忆映射。我们的主要贡献是皮肤标记,新型的皮肤磨损I/O设备,用于精确定位精细的输入和输出。皮肤纹身包括临时摩擦纹身上的皮肤电子产品。它们符合细皱纹,并与强烈弯曲和弹性的身体位置兼容。我们确定了五种类型的身体标志,并展示了新的交互技术,利用皮肤独特的触摸,挤压和弯曲感知与集成的视觉输出。最后,我们详细介绍了用于触摸传感的亚毫米电极的一致性和评价。综上所述,皮肤标记将身体上的互动空间扩展到身体上更详细、更高度弯曲和更具挑战性的区域。

介绍

主体被认为是一个很有前途的移动计算输入面,因为它提供了一个大的和快速可访问的交互区域。先前的研究为身体交互贡献了输入[11,12,14,16,17,26,27,29,41,45]和输出设备[11,43]。然而,它们大多假设交互式元素相当大,并且只有轻微的弯曲。
人体有各种不同于周围环境的地标。由于它们的触觉特性和视觉外观,它提供了独特的互动可能性。例如,突出的骨骼地标,如指关节,为触摸和环绕它们提供了物理支持。先前的人机交互工作已经简要地探索了这种独特的地标的潜力。例如,古斯塔夫森等人[8,9]建议使用手指的片段作为不同的输入按钮。然而,到目前为止,大多数潜在的有益地标仍未得到探索和支持。这些建筑包括具有高度弯曲几何形状的地标、触觉微观结构或强变形性。
本文提出了一种实现身体标志交互的技术。皮肤纹是高度共形的互动纹身,可以精确定位输入和输出的五种身体标志。
皮肤标记的灵感来自于最近对苗条的、皮肤磨损的传感器和显示器[41,17,27,43]的研究。我们扩展了之前的工作,提供高度共形皮肤电子的输入和输出,与强弯曲、弹性和微小的身体标志兼容。这使得在身体标志上使用过多的触觉和视觉线索来进行直接、无眼睛和表达性的互动成为可能。
本文的贡献是:我们介绍了皮肤标记,一种新型的输入和输出,通过高度保形和精确定位的皮肤电子设备实现。

  • 我们描述了一个基于临时摩擦纹身的皮肤标记实现。它允许定制的形状,苗条的,和可伸缩的设备,符合精细的身体标志。
  • 我们确定了五种类型的身体互动的身体互动。它们包括解剖学、皮肤特性和身体佩戴的配件。
  • 我们展示了在身体标志上的交互技术,利用皮肤标记独特的触摸,挤压和弯曲感知与集成的视觉输出。
  • 我们提供了来自技术评估和用户研究的结果,验证了一致性(4µm到46µm薄)、精确定位和亚毫米电极上的触摸输入。

总之,皮肤标记是一种能够与身体标志进行交互的技术。高度保形的皮肤磨损电子设备支持精确的局部相互作用。它们将身体上的互动空间扩展到更详细、更高度弯曲和更具挑战性的身体区域。这些进展使身体标志上的新的相互作用成为可能,我们将在本文中演示。

为身体上的互动提供标志

在HCI的背景下,身体标志具有交互作用的意义。它们的主要目的是支持和放松身体上的互动。我们对身体标志物的定义如下:
身体标志是身体上的位置,在实际上或视觉上与周围环境不同。
身体标志可以是通用的所有用户和永久的,类似于解剖学中的地标定义。然而,它们也可以是个人化的,也可以是暂时性的。

对身体互动的好处

  • 本地化。它们通过利用人类的感官和运动能力,帮助用户定位身体上的互动元素:(1)本体感觉允许粗糙的、无眼睛的地标定位。(2)的视觉反馈允许在到达身体时进行精确的调整。(3)在触摸过程中,触觉反馈通过触摸和触摸表面的触觉,允许眼睛自由调整。
  • 指导。它们提供了告知如何交互的启示,并指导用户的输入。例如,一条弯曲的线提供线性滑动,而在手指之间的软织带提供连续的压力或拉伸输入。
  • 召回率如果选择得当,它们可以帮助用户记住身体位置和交互功能之间的映射。一个地标可以作为一个简单的视觉或触觉提示,提醒用户在她的身上存在一个输入小部件。地标还可以利用与身体上的特定位点的语义关联。

身体标志的类型

基于上述对人体标志的定义,我们确定了来自人体解剖学[6]和人体装饰品[4]的五种主要标志类型:
骨骼地标。骨骼标志是由身体中的骨骼和关节创造出来的,从而形成曲面的几何形状。这些可以通过相互作用的手指感觉到,并引导或限制身体的触觉输入,甚至在无眼睛输入时。开创性的研究已经调查了手指段、指尖和手掌段如何指导皮肤上的相互作用[5,8,9,30,38]。然而,身体提供了更广泛的骨骼标志。例如,一个突出的指关节的高度弯曲的几何形状提供了触摸接触,而一个直的手指提供了线性的滑动运动。超越静态地标,一些骨骼地标允许动态姿态。例如,一只直的手沿着指关节有一个相对平坦、均匀的表面,这提供了线性的滑动运动。当形成一个拳头时,它可以动态地转换为一个高度弯曲的区域,有四个指关节明显突出;这提供了对离散区域的相互作用。
除了骨骼解剖学,皮肤的特性允许其他以前未探索的标志类型:

  • 皮肤微观结构地标。皮肤的精细触觉纹理可以很大程度上变化,例如,由于柔纹、皱纹和毛囊。这些触觉线索可以通过相互作用的指尖来感受到。这可以产生微小而精细的标志,允许高度局部的皮肤上的相互作用。
  • 弹性地标。皮肤的弹性因身体部位而异,这取决于真皮层[20]中弹性蛋白的数量。例如,一个织带比其周围有相当高的弹性。这些柔软的标志提供了局部的皮肤变形,如剪切、拉伸和挤压,以实现连续和表达的身体输入。
  • 视觉皮肤地标。皮肤的色素沉着有所不同,因此提供了突出其视觉特性的标志。例如,胎记可以形成清晰清晰的视觉实体。这些地标是高度个性化的,在用户的发生和位置不同。它们的视觉线索支持空间映射,为定位提供线索,它们的形状提供了不同的触摸交互。

这四种类型的标志可以自然地出现在身体身上。然而,这些地标也可以被用户主动添加或修改,例如,通过化妆、纹身,甚至是植入物。除了这些身体内在的地标外,佩戴在身体上的外部物体还可以创造出临时的和可移动的地标:

  • 附属地标。随身佩戴的配件,如戒指、手镯、耳环或手表,为身体提供触觉和视觉线索。因此,它们可以作为一个临时的、用户生成的身体地标。它们可以很容易地位于身体上,并可以为互动提供独特的物理功能;例如,一个戒指可以被触摸和旋转[1]。

皮肤标志的完成

身体标志为输入和输出表面的实现创造了一系列苛刻的挑战:首先,皮肤电子必须在标志上保形,尽管它们高度弯曲的几何形状和广泛的皮肤变形。其次,与皮肤上的电子设备的相互作用必须精确定位,以允许在可能很小且具有不规则几何形状的身体标志上进行相互作用。
本节介绍了皮肤标记交互式纹身的实现,它支持在身体标志上的交互作用。我们首先概述了我们的制造方法。然后,我们详细介绍了我们的技术贡献,使皮肤标记保形具有挑战性的几何。最后,我们描述了精确定位的、共定位的输入和输出表面的实现,用于感知触摸、弯曲和压缩输入和视觉显示。

制作:纹身纸上的多层功能油墨

身体地标在不同用户个人和不同用户之间可以有很大的不同。我们将皮肤标记的实现基于丝网印刷的电子产品,因为它是一种灵活的方法来创建小体积的薄膜传感器和显示器,具有定制的形状和高打印分辨率的[31]。
为了制作一个交互式纹身,我们使用商业上可获得的临时纹身纸(纹身贴花纸)作为基质,正如在最近的工作[17,27]中提出的那样。我们在其上丝网印刷一层或多层功能油墨。打印每一层后,用热热枪热固化(130◦C,3分钟)。在添加了一层薄薄的粘合剂层后,纹身就可以被转移到皮肤上了。
皮肤标记使用Arduino微控制器进行供电和控制。我们建议将微控制器放置在一个提供足够空间和承受小机械应变的身体位置,比如手腕。为了将纹身与这个位置连接起来,我们通过打印的导电痕迹来扩展纹身,每个末端都有一个打印的连接器表面,靠近微控制器。我们将一根传统的电线焊接在铜带上,并将胶带粘在印刷连接器下面的隔离层上。

适形互动纹身:苗条且可拉伸

为了确保交互式纹身在具有挑战性的标志性几何图形上是适形的,并且易于拉伸,我们开始尽量减少打印功能层的厚度(如[15]中所建议的),并使用本质上可拉伸的材料。
层厚主要受筛网密度和油墨粘度两个因素的影响。我们通过一个密集的屏幕(140TT)打印来最小化图层的厚度。我们通过打印导电聚合物(PEDOT:PSS半透明导体,GwentC2100629D1,500-700Ω/sq)进一步减少了导电结构的厚度。与在之前的工作[27]中使用的银墨相比,银墨粘性较低,导致相当薄的层。PEDOT:PSS导体的丝网印刷层的厚度约为1µm,比之前的工作中的丝网印刷银要薄一量级(≈16µm[27])。带有触摸传感器的纹身尺寸约为4µm。一个有视觉输出的纹身尺寸为31µm到46µm,包括纹身纸。这使得我们可以引入临时纹身,供触觉用户输入和视觉输出,比如指关节。
PEDOT:PSS导电聚合物比金属导体还有一个重要的优势,如银墨水[17]或金叶[27]:它本质上是可拉伸的[25]。这不仅使导体更好地符合具有挑战性的几何形状;它也使它对机械应变[25]更坚固。为了进一步提高鲁棒性,我们建议在受广泛应变影响的位置(例如,指关节、织带或手腕)设置马蹄型[13]的导体,如果可能的话,在这些区域周围设置路线轨迹。
基于这些原理,我们展示了保形触摸、弯曲和挤压传感器和保角EL显示,允许在身体标志上相互交互(见图2)。

Touch Sensing

触摸已被确定为皮肤上电子产品[41,27,17]的一种重要输入方式。之前工作中的解决方案使用了指尖大小的电极[41,27,17]。身体的标志需要更小的电极来精确地定位在地标上的局部相互作用,例如弯曲线。
我们使用电容式加载模式传感(单电容)来测量触摸接触和滑动(图2a)。触摸感应电极印刷有一层PEDOT:PSS的导电层,并连接到一个商用电容式触摸控制器(AdafruitMPR121)。每个纹身可以包含一个或多个定制形状的电极,它们可以彼此近距离打印。它们支持插值,并允许滑块传感器设计的[3]。
我们对触摸传感器的评估表明,皮肤标记允许宽度为0.25毫米的电极,因此支持小的地标。这比之前的皮肤触摸传感器[17,27,41]小了一个数量级。

挤压和弯曲感测

正如[42]中推荐的那样,皮肤允许变形输入作为触觉-身体互动的进一步方式。变形相互作用可以用于各种标志,但对于弹性标志利用其固有的变形能力尤其有趣。
我们提出了一个嵌入式传感器,以捕获挤压输入的皮肤,基于打印应变计。挤压会使皮肤变形,并导致应变计上的压缩应变。我们发现,PEDOT:PSS的内在拉伸性阻止了应变计给出精确的读数。因此,我们使用银墨水(柔性银墨水,GwentC2131014D3)。然而,我们最初的测试表明,脆性银很容易断裂。为了增加对身体上高应力区域的稳健性,我们覆盖了银图案的第二层PEDOT:PSS,其中包含完全相同的模式。这使得应变计保持功能,即使当银连接在几个位置断裂,因为第二层桥接断裂。、
我们实现了两种挤压传感器的设计。它们的痕迹宽度为0.75毫米。较大的一个是为前臂设计的,尺寸为60×21毫米,13条平行线呈马蹄形图案。较小的一个(图2b)是为尺骨的头部设计的,尺寸为21×21mm,有9条平行线。
我们通过测量信噪比[3]来评估挤压输入的鲁棒性。对于尺寸为60x21mm的样品,我们计算了6个挤压传感器的平均信噪比。他们被部署在五名参与者上肢的六个位置,被选来覆盖广泛的皮褶(2-23mm;用EagleFit细长导向卡尺测量)。每个传感器被挤压20次。挤压传感器的平均信噪比为17.0(SD=7.97)。
此外,皮肤标记支持弯曲传感,类似于之前的工作[27]。我们使用这个原理来检测骨骼地标的动态后切性,以允许动态界面元素。手指上的弯曲传感器尺寸为72x8毫米,并有6条马蹄形平行线。同样,额外的PEDOT:PSS防止应变计在银层微小的裂纹下断裂。我们在手指上展示了这一原理(见图2c)。

适形触摸感应显示器

我们提供了纹身嵌入的主动显示,以允许定制形状,共同定位的输入和视觉输出的皮肤标记。我们的显示器比热致变色显示器[17]有一个更快的响应时间,并且比之前佩戴的车身led[27]和EL显示器[43]要薄得多。它们足够薄和坚固,足以符合具有挑战性的几何地标,如指关节或手掌的弯曲线。显示屏的总厚度在31µm到46µm之间。它是可变形的,并捕获触摸输入(参见图1c、2d和4)。

我们的实现是基于电致发光(EL)显示器,它具有高更新率和能源效率。该实现遵循了印刷屏[31]介绍的基本原则。相比之下,我们的显示器使用了两个基于PEDOT的半透明的导体电极。如前所述,这允许更薄和更健壮的层。在电极之间是一层决定显示器颜色的荧光粉膏。我们用透明树脂粘合剂(GgentR2070613P2)取代了之前工作中使用的介电膏,进一步减少了显示器的厚度。该树脂粘合剂被用作一种电介质,并允许打印更薄的层。此外,它是完全透明的,以避免可见的边缘,如之前的工作[31]所述。EL显示器采用RogersD355B电致发光灯驱动器IC(145V;最大值)驱动。1 mA).它允许通过时间多路复用集成触摸传感,一个显示周期和一个电容传感周期,如在之前的工作[31]中介绍的。

皮肤标记使新形式的身体上的互动成为可能。我们提出了五种类型的身体标志的新的交互技术:骨骼、皮肤微观结构、弹性、视觉皮肤和辅助标志。

骨骼地标上的触觉线索

骨骼标志的高曲率创造了独特的触觉和视觉线索,以各种方式支持身体上的互动。首先,线索可以帮助用户记忆映射;例如,用户可以将一个输入元素与一个特定的指关节关联起来。第二,线索也可以帮助定位输入元素,同时看它或通过触摸的手指感觉几何形状。此外,不同的几何形状可以提供不同的相互作用。最后但并非最不重要的是,独特的几何图形也可以由一组多个相邻的地标来形成,比如一只手的四个指关节。
我们通过在指关节上部署一个触敏的skin标记传感器来演示身体上交互的这些好处(图3)。皮肤标记允许在关节(关节节峰值)和关节周围(关节节谷)上输入,这两个区域都有高曲率。这些可用于区分与谷或峰值关联的多个不同输入元素。我们证明了指关节可以作为谨慎的触摸元素(拳头)或作为一个滑块,提供小的触觉蜱虫(扁平的手)。

使用基于姿态的输入的动态接口元素

身体运动允许动态界面元素使用基于姿势的输入在骨骼的身体地标。按需改变姿势的能力使各种新颖的互动成为可能。例如,当用户握拳头时,指关节有一个高曲率,明显地暴露指关节的峰值。这允许精确地定位离散的触摸按钮。相比之下,在做一只扁平的手时,指关节形成了一个相对平坦的表面,这允许连续的滑动(见图3)。
皮肤标记可以捕捉当前的身体姿势,并动态地改变界面。为了说明这一点,我们实现了一个音乐播放器控件,它被戴在食指的一侧(图4)。它包含一个印刷的弯曲传感器覆盖的触摸敏感的显示元件。这些元素会根据手指的姿势来改变其功能。当食指是直的时候,它可以沿着手指进行连续和线性的运动(图4a)。然后,它将作为一个音量滑块。当它弯曲时,关节处的弯曲线变得更加突出;它们在视觉上可以将输入区域分割成三个不同的区域(图4b)。

这些设备提供了离散的触摸输入。因此,当弯曲时,界面切换到三个离散的按钮进行播放/暂停、下一个歌曲和前一个歌曲。集成的显示器通过照亮按钮或滑块来显示哪个模式是活动的。在这些模式之间的切换是快速、简单和谨慎地执行的。

皮肤微结构地标的精确触摸输入

身体上的标志可以很小,而且仍然对身体上的互动非常有益。我们的临时纹身允许精确地应用在地标和精确的触摸元素。这允许在一个微小地标的位置上精确地感知触摸输入,以利用其触觉特性。
我们用一种利用触觉皮肤表面结构的新的交互技术来演示这一点:褶皱滑块交互技术。触摸传感器可以增强手指上的一个或多个弯曲线(较大的皱纹)。通过沿着弯曲线滑动,用户可以连续地调整一个值。可以通过点击来进行选择。弯曲线的精确触觉线索允许触觉定位,并在滑动过程中引导用户,而不需要视觉注意。该技术还允许使用同一只手的拇指进行单手输入(拇指到手指的输入)。因此,它可以支持在繁忙的移动场景中的交互,例如,在运行时。我们演示了它作为一个单手遥控器来控制移动音乐播放器的音量。
褶皱滑块包含两个三角形打印电极,总尺寸为30×4.5毫米(图5a)。它们被用于电容式触摸传感。插值允许捕获滑块上的触摸位置。皮纹足够薄,以紧密符合弯曲的线,并允许通过传感器纹身的感觉皱纹。
一个类似的传感器设计允许切换输入(图5b)。用户通过通过弯曲线滑动来打开或关闭开关。触觉反馈为用户提供了交互性的意识。输入信号由两个平行的细长电极感知。他们的触摸响应中的时间特征决定了幻灯片的方向。输入可以映射到相反的命令,例如接受或拒绝调用。

弹性地标的表达变形输入

局部变形输入丰富了地标的输入词汇表。例如,一个接口可以区分触摸输入和挤压输入,以触发不同的命令。
我们展示了由尺骨头部产生的腕部圆形突出物的变形输入。这个位置很容易通过其视觉和触觉线索来定位。我们实现了一个capture标记(图5c)。捕获标记是一个圆形球,用于捕获增强现实游戏中的虚拟物体,如宝物或口袋怪。通过音频反馈通知用户有关虚拟对象的信息。用户可以尝试通过挤压纹身来抓住它。然后,捕获标记闪烁,最后亮了几秒钟,通知用户虚拟对象被捕获。

视觉皮肤标志物上的动态视觉线索

皮肤上的视觉标志可以用来为身体上的互动提供个性化和动态的视觉线索。为了说明这种类型的里程碑交互,我们实现了一个心脏标记(图6b),一个触摸敏感的心形显示器,以增强胎记。心脏标记会通知用户是否有你所爱的人。触摸它就会开始和那个人通话。

被动配件的交互

随身佩戴的被动配件可以作为互动的标志,因为它们提供独特的触觉和视觉线索。虽然配件被广泛使用,但它们还没有与车身上的电子产品集成。皮肤标记可以通过两种方式与被动对象进行交互:首先,它允许使用身体显示器在物体下方和周围的皮肤照明,类似于散点观察[32]。其次,它可以通过电容标签[34]。触摸感应要求配件具有导电性;这也适用于各种各样的珠宝和其他配件。这两种交互作用都不需要修改被动附件。
我们为结婚戒指实现了一个增强功能(图6c),以允许双方之间进行微妙的交流。触摸戒指会在伴侣的戒指周围产生光芒。这是通过在佩戴戒指的手指部分粘贴一个互动纹身而实现的。纹身包含一个非暴露的导体,它位于环下,并与它电容耦合,用于触摸感应。此外,它包含一个视觉显示,稍微超出环,按需照明。

技术鉴定

本节介绍了技术实验的结果,研究了皮肤标记的两个关键技术贡献:首先,尽管皮肤的高曲率和强弹性,皮肤标记是否支持具有挑战性的标志的相互作用?第二,皮肤标记是否允许在精细的地标上进行精确的局部交互?

Conformal Form Factor

我们研究了保形电子的两个主要因素:厚度和拉伸性。
为了研究印墨的层厚,我们用扫描电子显微镜(SEM)分析了印墨纹身的横截面。图7显示了不同的墨水层。一层PEDOT:PSS层大约是1µm厚(≈4µm与纹身纸)。一个完整的TFEL显示器的厚度在31µm到46µm之间(图7c)。这些数字表明,与之前的交互式纹身[17,27]和TFEL显示器[31,43]相比,显示器的厚度大大减少。图7a和b说明了皮肤标记的纹身是如何与皱纹紧密相连的。我们的研究结果证实了Jeong等人[15]之前的研究,即5µm的弹性体膜即使对较小的褶皱也具有良好的共形性,而36µm的弹性膜对较大的褶皱(如弯曲线)具有良好的共形性。
我们的实验表明,纹身基质的拉伸能力范围在25-30%之间。PEDOT:PSS保持电导率高达188%的应变,并可可逆拉伸高达30%的应变[25]。相比之下,人类表皮的拉伸能力约为20%的[35]。两者的结合使得皮肤标记在本质上具有可拉伸性,并且比金属(如[17,27])对应变更坚固。

精确定位:触摸输入和纹身应用程序

我们验证了精确局部化输入的两个必要条件。首先,触摸输入能否在亚毫米级的电极上被准确地感知到呢?第二,用户是否能够在地标上应用具有较高空间精度的纹身?

触摸亚毫米电极上的输入

方法。我们招募了12名自愿参与者(2名女性,22-32岁,平均26.8岁)。将不同宽度(1.0、0.75、0.5、0.525mm)的电极丝网印在纹身纸上,应用于非优势手食指弯曲线上。参与者被要求触摸每一行30次,持续2秒,以在触摸和非触摸状态下收集足够的数据点。参与者可以自由选择他们触摸纹身的方式。这些电极被连接到一个商业电容式触摸控制器(AdafruitMPR121)上。这与一个Arduino接口,它使用一个串行连接到PC进行数据记录。每次训练大约需要25分钟,其中包括5分钟的训练。
结果。我们测量了每个线宽度的电容感知的信噪比(SNR)。对于1mm,平均信噪比为56.3(SD=为20.9)。0.75mm宽度为41.2(SD=16.4),0.5mm宽度为20.1(SD=9.5)。对于最小的0.25mm的电极,平均信噪比为13.1(SD=为5.5)。对于每个单一数据点,信噪比都在7.0以上,这是鲁棒触摸感知[3]所需的信噪比。

皮肤纹身的精确应用

在平面区域应用临时的摩擦纹身是一项简单的任务,但在弯曲的地标上精确对齐可能更具挑战性。因此,对身体地标的精确和准确交互的第二个关键要求是,用户可以以高度的空间精度在皮肤上应用交互式摩擦纹身。
方法。我们招募了6名自愿参与者(1名女性,25-28岁,平均年龄26.3岁)。每个参与者必须在四个具有挑战性的位置精确涂抹四种纹身纸基质:指关节(骨骼标志)、尺骨头(骨骼标志)、手指上的弯曲线(皮肤微结构标志)和胎记(视觉皮肤标志)。纹身的展示顺序是平衡的。这些纹身都有很好的目标点(见图8)。参与者必须将这些目标线与实验者在参与者皮肤上标记的目标点精确地对齐。对于胎记,参与者可以自由选择前臂上的任何位置。我们指导参与者如何临时使用摩擦纹身,然后让他们自己涂抹所有四个纹身。我们通过视觉表面扫描来测量每个纹身位置的误差偏移量。每次会议大约需要30分钟。
结果结果显示,用户在具有挑战性的地标上使用一毫米甚至亚毫米精度的纹身的固有能力。所有位置的平均放置误差均低于1.0mm。最精确的是胎记(mean=0.16 mm,最大=1.0mm)和弯曲线(mean=0.26 mm,最大=0.7mm),其次是指关节(mean=0.84 mm,最大=1.8mm)和尺骨头(mean=0.74 mm,最大=2.2mm)。

讨论、限制和未来的工作

本节将讨论了我们在长达9个月的几次原型迭代的设计和实现过程中所学到的实际见解、局限性和经验教训。

  • 印刷和制造。每个纹身都是个性化的和单独制作的。在我们的实验中,制作一个功能性纹身需要3-3.5小时。准备丝网印刷面罩花费的时间最长(≈2.5h)。然而,一个面具可以包含多种纹身图案的设计。触摸传感器纹身(≈5min)的实际打印和固化速度很快,制作显示纹身的所有层需要30-60分钟。这些手动步骤可以使用高端工业丝网印刷工具实现基本自动化。我们设想,在短期内,一个个性化的交互式纹身可以在不到一分钟的时间内打印在桌面打印机上。
  • 连接器和电源。在原型设计过程中,我们发现连接器是链中最弱的元素。这是因为细长而灵活的印刷导体和往往更厚、更坚硬的外部导体之间的连接受到强大的机械力的影响。我们最终的解决方案是将纹身上的每个连接垫用一个由柔性铜带(≈30µm)制成的细长连接器连接起来。将粘合剂层应用到整个纹身,除了连接器,有助于确保正确的连接。通过在水转移纹身纸的背面直观地标记连接器区域,可以轻松调整连接器上的纹身。未来的原型将受益于进一步的小型化技术,使纹身层内成为一个完整的系统。作为第一步,微型化的刚性微控制器(如英特尔居里)可以与柔性电池结合,使能够,但不灵活的区域,与皮肤先进的计算和控制。另外,使用RFID/NFC[19,17]可以实现基本传感器的远程供电,并允许通过调制的后向散射进行通信。其他方法包括使用压电电子学对热能或运动的功率采集,其中有限的效率和带宽可能仍然足以用于某些类型的传感和传输。
  • 安全。电致发光显示器是使用高压,但低电流的交流[31]驱动的。我们建议使用限流器电路。我们发现,粘附层并不能保证电致发光(EL)显示器与皮肤的电流的充分绝缘。我们建议在皮肤标记下增加两层摩擦纹身,以确保适当的电隔离(每一层都是≈3µm)。这种方法还可以确保了墨水不会接触到用户的皮肤。根据之前的研究,[7],PEDOT:PSS在直接接触下不会引起皮肤刺激,也没有长期毒性。
    纹身应用程序。对于身体标志上的动态姿势变化,例如指关节,我们建议在平姿势中应用临时纹身。否则,纹身应用需要更多的注意,以避免在缩回位置的间隙,纹身可能不会接触皮肤。我们还发现,覆盖更大面积(一维>5厘米)的纹身应用在高曲率的地标上具有挑战性,因为转移水的纸在应用前相对坚硬。如果可能的话,我们反过来修补有多个较小的纹身覆盖在同一区域。例如,电极和电线可以分为每个指节的单独纹身,并分别对齐。
    无意输入是身体互动中的问题之一。从我们的经验中,我们注意到,与其他位置相比,突出的地标和手掌的内部区域更容易受到无意的输入。位于缩回位置的地标,如指节之间的区域,似乎有希望减少无意输入的可能性。另一种方法是使用更具表现性的手势,通过设计更健壮,如所呈现的方向切换手势或基于挤压的输入。
    附加地标。虽然本文介绍的五种地标类型涵盖了广泛的场景和交互作用,但仍有更多的地标有待研究。这包括更精细的皮肤微结构(如头发),人工视觉皮肤纹理(如永久性纹身、棕褐色线条和指甲花艺术),以及更广泛的配件(包括耳环和穿孔)。其他的皮肤特性,例如,皮肤受体的分布,也可能有利于身体上的相互作用,应该在未来的工作中进行研究。

实证调查。这项工作有助于实现在身体标志上的互动。此外,我们计划通过实证调查来探索和量化身体标志物对皮肤上相互作用的好处。未来的工作还应该在纵向用户实验中研究皮肤标记,看看皮肤标记如何适应用户的日常生活。

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