摘要：从虚拟现实到康复和通信，触觉技术彻底改变了人类与数字世界的互动方式。虽然早期的触觉设备专注于单感官提示，例如基于振动的通知，但现代技术进步为多感官触觉设备铺平了道路，这些设备集成了各种形式的基于触摸的反馈，包括振动、皮肤拉伸、压力和温度。最近，一个专家团队，包

从虚拟现实到康复和通信，触觉技术彻底改变了人类与数字世界的互动方式。虽然早期的触觉设备专注于单感官提示，例如基于振动的通知，但现代技术进步为多感官触觉设备铺平了道路，这些设备集成了各种形式的基于触摸的反馈，包括振动、皮肤拉伸、压力和温度。最近，一个专家团队，包括莱斯大学的 Marcia O'Malley 和 Daniel Preston、研究生 Joshua Fleck、校友 Zane Zook '23 和 Janelle Clark '22 以及其他合作者，在《自然评论生物工程》上发表了一篇深入的评论，分析了可穿戴多感官触觉技术的现状，概述了其挑战、进步和实际应用。

触觉设备可通过触摸实现通信，自 20 世纪 60 年代推出以来，它已经发生了重大变化。最初，它们依靠刚性、接地的机制作为用户界面，从虚拟环境中产生基于力的反馈。但随着传感和驱动技术的进步，触觉设备变得越来越可穿戴。当今的创新侧重于皮肤反馈——刺激皮肤受体以提供逼真的触觉——而不是模仿施加在肌肉骨骼系统上的力量的动觉反馈。

“可穿戴触觉设备现已集成到智能手表和游戏配件等消费产品中，它们在医疗保健、机器人和沉浸式媒体中发挥着更复杂的作用，”托马斯·迈克尔·帕诺斯家族工程学教授兼机械工程系教授兼系主任奥马利说。“多感官触觉反馈的新转变意味着同时提供多种类型的触摸刺激，这正在增强用户体验，但它带来了新的工程和感知挑战。随着这项技术的不断发展，我们将看到它转向更丰富的多感官体验——一种弥合数字交互和人机触摸之间差距的体验。”

设计有效的可穿戴多感官触觉设备需要深入了解人类的触觉感知，研究团队确定了当今该领域的几个关键挑战。最大的障碍之一是皮肤接触力学的变化，因为皮肤弹性、受体分布和湿度等外部因素的差异会改变触觉刺激的感知方式。另一个问题是触觉掩蔽，其中多种触觉（例如振动和皮肤拉伸）会相互干扰，从而降低感知清晰度。

机械工程助理教授普雷斯顿表示：“由于皮肤弹性、湿度甚至体毛的差异，每个人的皮肤对刺激的反应也不同。这种差异使得设计通用有效的设备变得极其复杂。”

此外，穿戴舒适度仍然是每件产品的主要考虑因素。触觉设备必须设计成适合不同的身体部位，而不会引起不适、限制运动或干扰日常活动。重量、尺寸和连接方法等因素在确保长期可用性方面都起着至关重要的作用。

普雷斯顿说：“触觉技术的真正沉浸感不仅取决于用户的感受，还取决于他们体验的自然程度和舒适程度。”

除了强调挑战之外，作者还确定了几种可以重新定义可穿戴触觉技术的新兴驱动方法。

机电驱动通常用于振动反馈系统，由于其可靠性和价格实惠，仍然是最广泛采用的方法。然而，它往往难以提供各种各样的触觉提示。聚合物驱动依赖于智能聚合物，当受到刺激时，这些聚合物会改变形状或纹理，为提供触觉反馈提供了一种轻便灵活的替代方案。流体驱动利用加压空气或液体产生动态触觉，在软机器人和基于纺织品的触觉可穿戴设备中越来越受欢迎，为舒适性和适应性提供了新的可能性。此外，热驱动正成为一种通过变暖或变冷的感觉来增强虚拟环境中的沉浸感或模拟现实世界互动的方式。

“我们期望这些技术能够显著扩大触觉反馈的范围，特别是在医疗康复、假肢开发和人机交互等领域，”奥马利说。“虽然前景光明，但仍需要进一步改进，以提高响应时间、耐用性和能源效率。”

该评论还深入探讨了可穿戴触觉技术如何开启人类与数字和物理环境交互的新可能性。在虚拟现实和增强现实中，多感官触觉技术通过让用户感受到数字对象来增强沉浸感，从而改善游戏、训练模拟和教育体验。在医疗保健和康复领域，可穿戴触觉技术有助于运动技能训练、中风后康复和假肢反馈，使患者能够更有效地与周围环境互动。辅助技术和通信应用利用触觉界面，通过将听觉或视觉信息转换为基于触摸的信号来帮助视力或听力障碍者。导航和引导系统受益于触觉可穿戴设备，通过提供直观的方向提示，帮助视障人士，并改善军事和航空等领域的免提导航。此外，远程操作和机器人技术也将获得巨大收益，因为具有触觉反馈的遥控机器人系统允许用户从远处“感受”物体，从而提高机器人手术等精细任务的精度。

尽管取得了重大进展，但作者强调需要进一步探索多感官触觉。了解大脑如何处理同步触觉提示对于改进未来的设备至关重要，而确保广泛采用则需要在技术复杂性、用户舒适度和实用性之间取得平衡。

奥马利说：“最终目标是创造出像真实触摸一样自然的触觉设备。

来源：人工智能学家