智能家居通过设备互联已成为构建未来智能生活方式的重要载体。触觉传感加密装置可通过将物理信号转化为电信号，实现个性化信息加密。然而多数装置采用非生物特征加密技术，加密序列易被破解。因此，开发具有生物加密功能的触觉传感设备是解决智能家居信息安全问题的关键。
近期，青岛大学田明伟团队在Advanced Fiber Materials上发表了题为“Ions–Electrons Sensing Nerve Fiber for Visualization Tactile Biometric Encryption”的研究成果。该研究受生物突触传递机制启发，通过在人体与传感界面处构建类突触耦合电容微结构，制备了一种触觉传感加密神经纤维（BTENF）。该纤维在触摸瞬间使局部电势降低，激发出触摸电流信号，实现了“手指即密钥”的生物特征加密，同时还具备类突触的时空动态依赖特性和刺激强弱感知特性。研究团队以此为核心集成的可视化生物特征触觉加密系统，能精准解析不同用户触发的生物特征信号和物理特征信号（识别准确率>99.24%），为智能家居领域提供了一条全新的高安全性技术路径。
研究团队通过系统的材料表征验证了BTENF优异的稳定性。如图1所示，傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果表明神经纤维内三维网络的形成，X射线衍射（XRD）结果说明神经纤维整体具有优异的模量和强度，变温（VT）-FTIR分析结果表明受热状态下内部分子间作用力的变化，说明神经纤维具有良好的热稳定性。
图1 BTENF的制备与表征
如图2所示，BTENF表现出类突触的双态响应特性，并通过基态（触摸前）和激发态（触摸后）的相互转换，模拟突触的兴奋与抑制。此外，该纤维还表现出类突触的时空依赖特性：在时间维度，不同时间间隔触摸所激发的触摸电流保持稳定；在空间维度，最低可识别0.5 mm的触摸间隔。这些特性为后续构建生物加密系统奠定了坚实基础。
图2 BTENF的基本特性
如图3所示，BTENF成功模拟了生物突触双向传递和刺激感知强弱的核心特性。随着触摸刺激的增强，触摸电流信号呈现递增趋势。此外，BTENF还展示出特殊的断裂可用特性，即断裂后仍然可以继续使用，具有广阔的应用前景。通过概念验证，研究团队实现了简单的图像旋转和柔性键盘应用。
图3 BTENF的其他特性与交互应用
如图4所示，研究团队通过结合神经网络，设计了可视化触觉传感生物加密系统，并将其集成在衣服上，实现了智能生物加密/解密。从连续三次触摸行为产生的触摸电流信号中提取出物理特征和生物特征，通过神经网络处理，实现用户与触摸行为的对应，识别准确率高达99.24%。相比现有的触觉传感加密设备，该系统显著提升了识别的准确率。
图4 可视化触觉传感生物加密系统
综上所述，该研究制备了一种触觉传感加密神经纤维（BTENF），从仿生层面为类突触器件提供了一种崭新的思路。此外还结合神经网络算法，构建了一套可视化触觉传感生物加密系统，实现了高安全性的加密/解密功能，不仅为触觉传感加密设备提供了新思路，更在智能家居领域的信息安全方面展示出重要的价值。