多触感设备弥合人机交互鸿沟

2025-04-14 12:11:56 来源：科技日报

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从虚拟现实、康复治疗到人机通信，触觉技术改变了人类与数字世界互动的方式。虽然早期的触觉感知设备主要借助振动提供触觉，但技术进步为多触感设备打下了基础。这些设备融合了振动、皮肤拉伸、压力和温度等多种触觉感知形式，在虚拟世界中搭建起真实的触觉桥梁。

开启多维触感新纪元

美国莱斯大学机械工程学教授玛西娅·奥玛利在近期刊登于《自然综述：生物工程》杂志的论文中表示，传统可穿戴触觉设备大多依赖于振动来模拟触摸感觉。然而，随着传感和驱动技术不断取得进步，可穿戴设备正向多触感领域进发，为用户提供更丰富的体验，从而弥合人机数字交互之间的鸿沟。多触感反馈意味着设备能同时向用户提供多种类型的触觉刺激，比如压力、皮肤拉伸等。

例如，美国斯坦福大学和麻省理工学院科学家携手设计出一款名为Haptiknit的针织袖套，利用基于压力的感知来模拟多种触觉，为可穿戴设备开辟了新的可能。

Haptiknit通过结合柔软织物与小型气动系统，能为用户提供真实的压力感。相比振动装置，用户对Haptiknit的压力反馈定位更加准确：他们能更好地分辨出单个触点的位置。此外，内置的执行器以不同速度连续充气时，还能模拟出连续抚摸的感觉，给用户带来更加愉悦的体验。

美国西北大学则研制出一款仅有指尖大小的新型可穿戴设备，其通过全自由度致动器、蓝牙连接和微型电池，无线模拟多种触觉体验，如振动、拉伸、压力、滑动和扭动等，有望彻底改变虚拟现实中的触觉感知。

发表在《科学》杂志的论文指出，这款装置旨在利用微型磁铁与线圈产生的磁场，激活皮肤内不同深度的机械感受器，为用户提供相比传统振动马达更丰富的触觉。

解锁人机交互更多可能

可穿戴多触感设备有望在医疗保健、机器人以及沉浸式虚拟体验等领域发挥重要作用。

例如，在虚拟现实和增强现实中，此类设备可通过让用户感受数字对象来增强沉浸感，从而改善游戏、培训模拟和教育体验。在医疗保健和康复方面，此类设备如果用于运动技能训练、中风后康复等，有助于增强患者与周围环境的互动。另外，这些设备内置的辅助技术和应用程序可利用触觉界面，将听觉或视觉信息转换为基于触摸的信号，从而帮助视障或听障患者。

西北大学研发的最新设备不仅可用于“触摸”材质质感，给顾客提供更好的在线购物体验，还能为远程医疗保健提供触觉反馈，将音乐转化为物理触感从而使听障人士能够“感受”音乐，甚至能帮助视障人士识别周围环境。

Haptiknit研制团队也考虑将其集成到辅助设备中，帮助人们进行康复训练或改善日常移动能力。

远程操作和机器人技术也将从中受益。能提供多触感反馈的遥控机器人系统使用户能从远处“感觉”物体，从而提高机器人手术等精细任务的精确度。

精密性与实用性仍待提升

不过，科学家也表示，确保此类设备在技术精密度、用户舒适度以及实用性之间取得微妙平衡，仍有较长的路要走。

首先，需要对人类触觉有更深入的了解。触觉技术之所以在丰富性和真实感方面落后于视频和音频，部分原因在于皮肤接触机制极其复杂，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。

其次，由于弹性、水分甚至体毛的变化，每个人的皮肤对刺激的反应都不同，这种善变性使设计普遍有效的设备变得异常复杂。另一个问题是触觉掩蔽，即多种触觉可能会相互干扰，从而降低触觉感知的清晰度。

更重要的是，了解大脑如何处理同步触觉信息，对于提升未来设备的性能至关重要。

科学家提出了几种可能重新定义可穿戴触觉技术的新兴驱动方法。例如，聚合物驱动依赖在受刺激时会改变形状或纹理的智能聚合物，为触觉感知提供了一种更轻便灵活的新途径；流体驱动利用加压空气或液体产生动态触觉，在柔性机器人和基于纺织品的触觉可穿戴设备中越来越受欢迎，为设备舒适性提供了新的可能；而热驱动通过加热或冷却来模拟真实感觉，日益成为增强虚拟环境沉浸感的优选方法。