第一作者：吕鑫鹏
通讯作者：李鹏
通讯单位：黑龙江大学物理科学与技术学院
DOI: 10.1016/j.cej.2026.175167
近日，黑龙江大学物理科学与技术学院李鹏教授及其合作者，创新性地提出了一种用于闭环人机交互的自适应双模光电共晶凝胶界面（Adaptive dual-mode photoelectric eutectogel interface, PEGI）。该工作通过将深共晶溶剂（DES）和离子液体引入嵌入光子晶体的凝胶网络中，成功构建出兼具电信号传感与结构色可视反馈功能的柔性界面材料。与传统单一信号人机交互材料相比，PEGI实现了光学/电学双模协同感知、宽温域环境适应以及远程闭环控制等多功能集成，为开发高精度、可视化、环境鲁棒的人机交互系统提供了新的策略。相关成果发表于国际期刊《Chemical Engineering Journal》。
近年来，柔性人机交互器件因其轻质、可拉伸和可穿戴等特点，在智能机器人、远程操控和健康监测等领域展现出广阔应用前景。然而，现有大多数柔性界面仍以单一电信号输出为主，缺乏直观反馈路径，难以同时满足高精度识别、沉浸式交互和复杂环境下长期稳定工作的需求。尤其是在低温、干燥或大形变条件下，传统凝胶材料容易出现冻结、失水、导电漂移以及光学响应衰减等问题，限制了其在实际场景中的应用。因此，发展兼具力学柔性、离子导电性、可视化反馈和环境稳定性的多模态凝胶界面材料，成为柔性人机交互领域的重要研究方向。
针对上述问题，李鹏教授团队报道了一种双模光电共晶凝胶界面PEGI。该材料以丙烯酸和甜菜碱单体构建聚合物网络，并引入乙二醇形成深共晶体系，同时结合离子液体[EMIm]Cl，建立起多重、可逆的氢键网络与连续离子传输通道。嵌入式光子晶体赋予材料鲜明且可调的结构色响应，使PEGI在受到拉伸时不仅产生稳定的电阻变化，还会同步发生明显的颜色变化，从而实现电信号与光信号的协同反馈。实验结果表明，优化后的PEGI在室温下断裂伸长率超过2400%，可检测低于1%的微小应变，在0–100%应变范围内具有良好线性，规一化灵敏度（GF）达到3.0，响应时间约为200 ms，且在5000次循环后仍保持稳定工作。同时，PEGI在−50 ℃至50 ℃范围内表现出优异的环境适应性，其结构色变化速率达到1.99 nm/%，能够作为形变校准的直观参考信号，显著提升交互的可视化与操作准确性。
在系统应用方面，研究团队进一步将PEGI与微控制器及ZigBee无线通信模块集成，构建了闭环人机交互平台。凭借优异的皮肤黏附性，PEGI可贴附于手指关节并实时采集弯曲动作信号；在信号传输过程中，结构色变化为操作者提供即时视觉反馈，而电学信号则被无线传输至机械手、小车等终端执行器，实现对抓取、移动和转向等动作的精准控制。室内抓取小球实验以及室外综合任务演示表明，该系统具备良好的信号稳定性、控制精度和环境鲁棒性，展示了PEGI在可穿戴机器人、远程操控、灾害救援和智能感知等方向的应用潜力。
论文第一作者为黑龙江大学研究生吕鑫鹏，通讯作者为黑龙江大学物理科学与技术学院李鹏教授。该研究得到了黑龙江省高校基础研究青年人才项目等支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175167
本文亮点
构建了一个集感知、反馈与控制于一体的闭环人机交互系统。
（2）通过引入共晶体系，形成了多重氢键网络。
（3）该界面可在 -50℃ 至 50℃ 的温度范围内正常工作。
（4）该界面具有较高灵敏度，能够检测小于 1% 的应变。
（5）嵌入的光子晶体使其能够在应变作用下实现全光谱结构色调控。
图1. 自适应双模光电共晶凝胶界面闭环人机交互示意图。
图2. 基于 PEGI 的闭环可穿戴 HMI 在室内外环境中的实际演示。(a)闭环人机交互示意图。(b) PEGI 在室内操作机械臂拾取小球的照片。(c) PEGI 在户外交互推车与机械臂之间执行炸弹转移操作的照片。
