“踏”出来的指令

我的发现

使用电子设备时，需通过信息读取设备让其“听懂”并“理解”人们的指令。传统的信息读取设备如鼠标、键盘等，对使用空间有一定的要求，便携性较差，且指令的传达依赖手动输入，对于有运动障碍或有特殊需求的用户来说可能难以操作，需要辅助性设备的支持。

我的思考

开发一种将传感器集成在鞋子上的信息读取设备，我将其命名为“足控式人机交互装置”，它能通过捕捉足部位移与姿态变化来操作电子设备。

一、设计爆炸图

我绘制了足控式人机交互装置的设计爆炸图。

接下来，我运用3D打印技术制作了模型鞋底板，用以装载装置中的电子设备。

二、结构组成

1.传感器模块

我选用光流传感器采集足部的位移信息，选用薄膜压力传感器作为主传感器，获取足部姿态。薄膜压力传感器拥有超薄柔性结构，可无缝嵌入鞋垫、鞋底或鞋面不同区域（如前脚掌、足弓、脚跟），如同给鞋子穿上电子皮肤，能获取足部压力信息，精准识别足部姿态特征（如踞脚、侧倾、抬起脚跟等），且不受足部出汗导致的介电常数变化的影响，环境适应性更强。

2.主控芯片

选用ESP32作为主控芯片。主控芯片获取从传感器传来的数据后，通过蓝牙或其他方式将信息传递给移动电子设备，从而实现对移动电子设备的控制。

3.电源

选用高能密度锂电池，且加装无线充电模块，增强设备的轻便性、便捷性。

完成硬件部分的设计与组装后，我使用VSCode中的PlatformIO插件进行编程和调试，实现了预期的功能。

作者有话说

我对此装置进行了专利申请，希望对其进行进一步优化与推广。

作品优点

1.突破空间限制

通过足部姿态（如脚趾微动、脚跟倾斜）识别，实现无接触或极小位移操作，适用于各类环境。

2.降低劳损风险

分散操作负荷至下肢，缓解上肢疲劳。此外，足部活动可促进血液循环，减少久坐危害。

3.提升交互能力

为手部功能受限者（如截肢、关节炎患者）提供替代输入方式。

4.适配多元场景

在VR/AR领域中，由于足部动作与虚拟空间移动契合（如踏步转向、脚尖点击确认），具有先天优势。传统的信息读取设备仅支持2D平面移动与点击，功能单一，足控式人机交互装置通过压力传感器检测足部力度（如通过轻踏／重踩区分指令），通过陀螺仪捕捉三维姿态，输入方式多样。

我的展望

相较于传统信息读取设备，基于足部位移和姿态的足控式人机交互装置颠覆了传统交互逻辑，扩展了输入维度，破除了传统脚鼠标在健康适配性、场景兼容性与功能多样性上的局限，开拓了一种全新的人机交互方式，在医疗健康、人机交互、商业等领域都有较大的应用价值。（指导老师：卢晓琦）

点评专家

谭迪熬中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家、中国发明协会中小学创造教育分会会长

牛艺琛同学的足控式人机交互装置，是一件拓展性的发明作品。看到这个作品，很多人就会联想到脚鼠标，它们之间的关注点有什么不同呢？

脚鼠标是一种专为无法使用双手的用户设计的特殊鼠标，它采用脚踏板、传感器等技术，确保精确控制，通过将手控制转移到脚控制，帮助用户进行鼠标点击和其他基本的计算机操作。

而足控式人机交互装置主要结合鞋子功能，通过鞋垫中的传感器和无线技术，实现脚部动作的捕捉和传输，可用于特殊场景或娱乐活动，让用户的体验更具互动性和趣味性。

这项作品的完成，充分体现了发明人具有好奇心、创新兴趣、意志力和实践能力，值得点赞。这是因为，其一，带着强烈的好奇心去探究，这是成为拔尖创新人才的一个重要起点和内驱力。其二，具有浓厚的兴趣和坚韧的意志力，才能持之以恒。其三，在探索实践过程中不断进取，才能使创新成果得以实现。

探索任务卡

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