“踏”出來的指令

我的發現

使用電子設備時，需通過信息讀取設備讓其“聽懂”并“理解”人們的指令。傳統的信息讀取設備如鼠標、鍵盤等，對使用空間有一定的要求，便攜性較差，且指令的傳達依賴手動輸入，對于有運動障礙或有特殊需求的用戶來說可能難以操作，需要輔助性設備的支持。

我的思考

開發一種將傳感器集成在鞋子上的信息讀取設備，我將其命名為“足控式人機交互裝置”，它能通過捕捉足部位移與姿態變化來操作電子設備。

一、設計爆炸圖

我繪制了足控式人機交互裝置的設計爆炸圖。

接下來，我運用3D打印技術制作了模型鞋底板，用以裝載裝置中的電子設備。

二、結構組成

1.傳感器模塊

我選用光流傳感器采集足部的位移信息，選用薄膜壓力傳感器作為主傳感器，獲取足部姿態。薄膜壓力傳感器擁有超薄柔性結構，可無縫嵌入鞋墊、鞋底或鞋面不同區域（如前腳掌、足弓、腳跟），如同給鞋子穿上電子皮膚，能獲取足部壓力信息，精準識別足部姿態特征（如踞腳、側傾、抬起腳跟等），且不受足部出汗導致的介電常數變化的影響，環境適應性更強。

2.主控芯片

選用ESP32作為主控芯片。主控芯片獲取從傳感器傳來的數據后，通過藍牙或其他方式將信息傳遞給移動電子設備，從而實現對移動電子設備的控制。

3.電源

選用高能密度鋰電池，且加裝無線充電模塊，增強設備的輕便性、便捷性。

完成硬件部分的設計與組裝后，我使用VSCode中的PlatformIO插件進行編程和調試，實現了預期的功能。

作者有話說

我對此裝置進行了專利申請，希望對其進行進一步優化與推廣。

作品優點

1.突破空間限制

通過足部姿態（如腳趾微動、腳跟傾斜）識別，實現無接觸或極小位移操作，適用于各類環境。

2.降低勞損風險

分散操作負荷至下肢，緩解上肢疲勞。此外，足部活動可促進血液循環，減少久坐危害。

3.提升交互能力

為手部功能受限者（如截肢、關節炎患者）提供替代輸入方式。

4.適配多元場景

在VR/AR領域中，由于足部動作與虛擬空間移動契合（如踏步轉向、腳尖點擊確認），具有先天優勢。傳統的信息讀取設備僅支持2D平面移動與點擊，功能單一，足控式人機交互裝置通過壓力傳感器檢測足部力度（如通過輕踏／重踩區分指令），通過陀螺儀捕捉三維姿態，輸入方式多樣。

我的展望

相較于傳統信息讀取設備，基于足部位移和姿態的足控式人機交互裝置顛覆了傳統交互邏輯，擴展了輸入維度，破除了傳統腳鼠標在健康適配性、場景兼容性與功能多樣性上的局限，開拓了一種全新的人機交互方式，在醫療健康、人機交互、商業等領域都有較大的應用價值。（指導老師：盧曉琦）

點評專家

譚迪熬中國發明協會院士專家咨詢工作委員會首任專家、中國發明協會中小學創造教育分會會長

牛藝琛同學的足控式人機交互裝置，是一件拓展性的發明作品。看到這個作品，很多人就會聯想到腳鼠標，它們之間的關注點有什么不同呢？

腳鼠標是一種專為無法使用雙手的用戶設計的特殊鼠標，它采用腳踏板、傳感器等技術，確保精確控制，通過將手控制轉移到腳控制，幫助用戶進行鼠標點擊和其他基本的計算機操作。

而足控式人機交互裝置主要結合鞋子功能，通過鞋墊中的傳感器和無線技術，實現腳部動作的捕捉和傳輸，可用于特殊場景或娛樂活動，讓用戶的體驗更具互動性和趣味性。

這項作品的完成，充分體現了發明人具有好奇心、創新興趣、意志力和實踐能力，值得點贊。這是因為，其一，帶著強烈的好奇心去探究，這是成為拔尖創新人才的一個重要起點和內驅力。其二，具有濃厚的興趣和堅韌的意志力，才能持之以恒。其三，在探索實踐過程中不斷進取，才能使創新成果得以實現。

探索任務卡

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