背景介绍

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术作为新一代信息技术的重要组成部分，近年来在游戏娱乐、教育培训、医疗康复、工业仿真等领域得到了快速发展。借助高性能渲染、空间定位和多模态感知技术，VR能够为用户提供高度真实的视觉、听觉甚至触觉体验，使人们得以在虚拟环境中进行自然的交互操作。与此同时，虚拟现实人机界面作为连接用户与虚拟世界的关键桥梁，其交互方式直接决定了体验的沉浸感与操控效率。目前主流的VR交互仍依赖于手柄、数据手套等可穿戴或外设式设备，但这些方式存在操作复杂、自由度受限、沉浸感不足等问题。因此，发展更加自然、便捷的虚拟现实人机交互模式，尤其是基于非接触式手势识别的交互技术，已成为推动VR进一步普及与升级的关键方向。

成果简介

本研究开发了一种聚乳酸/热塑性聚氨酯（PLA/TPU）纳米纤维驻极体摩擦电传感器(ETS)，并基于该传感器阵列采集识别非接触三维手势信号，进一步通过深度学习辅助开发了非接触式VR人机界面。PLA/TPU驻极体的纳米纤维结构增强了摩擦电传感器的电荷保留能力，从而显著提高了摩擦电传感器的信号强度和稳定性。结合基于深度学习的多层感知机神经网络，驻极体传感器实现了对18种不同类型3D手势的非接触识别，平均准确率高达97.3%。进一步开发了基于ETS的智能非接触VR交互系统，成功通过非接触三维手势实现了对游戏角色操控。与传统的VR人机界面相比，基于PLA/TPU驻极体纳米纤维的VR人机界面可以检测多种非接触三维手势，并具有更高的交互自由度。该工作将摩擦电三维手势识别方法引入到VR人机界面中，为开发下一代非接触式VR界面提供了一种有效途径。

图文导读

图1 基于ETS的非接触式VR交互系统示意图。

图 2 ETS的形貌、电学和力学性质。

图 3 ETS的非接触传感测试

图 4 深度学习辅助非接触手势识别。

图5 基于非接触手势识别的智能VR交互系统应用。

课题组简介

毛彦超，郑州大学物理学院教授、博士生导师。博士毕业于中山大学，曾在威斯康星大学麦迪逊分校从事研究工作。目前主要从事柔性传感的研究，主要研究成果以第一/通讯作者发表在Nature Commun., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Nano Res. 等著名学术期刊上。曾获河南省青年科技奖、河南省优秀青年科技专家、中原青年拔尖人才，主持国家自然科学基金面上项目、青年项目等科研项目。相关研究成果曾被新华网、中国日报、科技日报、基金委科学传播中心、教育部科技发展中心, ScienceDaily, Phys.org, Materials Today, IEEE Spectrum, NASA Tech Briefs等中外媒体作为研究亮点报道。

文章信息

Lu L, Wu J, Zhang Y, et al. Noncontact 3D gesture recognition enabled VR human–machine interface via electret-nanofiber-based triboelectric sensor. Nano Research, 2025, 18(11): 94907924. https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907924.

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