薛欣宇长期稳定地围绕表面传感过程开展研究，并创新性地将其与小尺度压电效应相耦合开展研究，提出了新型脑感知技术。新的压电耦合传感过程具有典型的非线性特性，小尺度压电效应和传感过程并不是简单叠加，压电短时脉冲信号带有丰富的传感信息（如气敏、光敏、力敏和生物传感等），可将外界环境信息直接输入大脑，其本身的能量属性可直接刺激多个脑区，初步实现了实时参与感知过程和行为操控。从物理方面来看，在小尺度下，表面态和压电效应具有很强的关联，二者的非线性耦合可能会出现很多新的物理现象。这一新型脑感知技术，初步摆脱了复杂系统实现实时人机交互，并可受人体驱动，可像真实器官一样伴随人体长期工作，为感官替代和感官超越提出了新思路。积累了较丰硕的研究成果：截止至2019年4月，在SCI期刊上发表学术论文120篇，SCI他人引用超过4200次，h因子达39。其中，研究成果“自充电电池”被英国物理学会评为2012年度世界十大物理学突破。