科技日報(bào)記者 劉霞

從虛擬現(xiàn)實(shí)、康復(fù)治療到人機(jī)通信，觸覺技術(shù)改變了人類與數(shù)字世界互動(dòng)的方式。雖然早期的觸覺感知設(shè)備主要借助振動(dòng)提供觸覺，但技術(shù)進(jìn)步為多觸感設(shè)備打下了基礎(chǔ)。這些設(shè)備融合了振動(dòng)、皮膚拉伸、壓力和溫度等多種觸覺感知形式，在虛擬世界中搭建起真實(shí)的觸覺橋梁。

開啟多維觸感新紀(jì)元

美國萊斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授瑪西婭·奧瑪利在近期刊登于《自然綜述：生物工程》雜志的論文中表示，傳統(tǒng)可穿戴觸覺設(shè)備大多依賴于振動(dòng)來模擬觸摸感覺。然而，隨著傳感和驅(qū)動(dòng)技術(shù)不斷取得進(jìn)步，可穿戴設(shè)備正向多觸感領(lǐng)域進(jìn)發(fā)，為用戶提供更豐富的體驗(yàn)，從而彌合人機(jī)數(shù)字交互之間的鴻溝。多觸感反饋意味著設(shè)備能同時(shí)向用戶提供多種類型的觸覺刺激，比如壓力、皮膚拉伸等。

例如，美國斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院科學(xué)家攜手設(shè)計(jì)出一款名為Haptiknit的針織袖套，利用基于壓力的感知來模擬多種觸覺，為可穿戴設(shè)備開辟了新的可能。

Haptiknit通過結(jié)合柔軟織物與小型氣動(dòng)系統(tǒng)，能為用戶提供真實(shí)的壓力感。相比振動(dòng)裝置，用戶對Haptiknit的壓力反饋定位更加準(zhǔn)確：他們能更好地分辨出單個(gè)觸點(diǎn)的位置。此外，內(nèi)置的執(zhí)行器以不同速度連續(xù)充氣時(shí)，還能模擬出連續(xù)撫摸的感覺，給用戶帶來更加愉悅的體驗(yàn)。

美國西北大學(xué)則研制出一款僅有指尖大小的新型可穿戴設(shè)備，其通過全自由度致動(dòng)器、藍(lán)牙連接和微型電池，無線模擬多種觸覺體驗(yàn)，如振動(dòng)、拉伸、壓力、滑動(dòng)和扭動(dòng)等，有望徹底改變虛擬現(xiàn)實(shí)中的觸覺感知。

發(fā)表在《科學(xué)》雜志的論文指出，這款裝置旨在利用微型磁鐵與線圈產(chǎn)生的磁場，激活皮膚內(nèi)不同深度的機(jī)械感受器，為用戶提供相比傳統(tǒng)振動(dòng)馬達(dá)更豐富的觸覺。

解鎖人機(jī)交互更多可能

可穿戴多觸感設(shè)備有望在醫(yī)療保健、機(jī)器人以及沉浸式虛擬體驗(yàn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

例如，在虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，此類設(shè)備可通過讓用戶感受數(shù)字對象來增強(qiáng)沉浸感，從而改善游戲、培訓(xùn)模擬和教育體驗(yàn)。在醫(yī)療保健和康復(fù)方面，此類設(shè)備如果用于運(yùn)動(dòng)技能訓(xùn)練、中風(fēng)后康復(fù)等，有助于增強(qiáng)患者與周圍環(huán)境的互動(dòng)。另外，這些設(shè)備內(nèi)置的輔助技術(shù)和應(yīng)用程序可利用觸覺界面，將聽覺或視覺信息轉(zhuǎn)換為基于觸摸的信號(hào)，從而幫助視障或聽障患者。

西北大學(xué)研發(fā)的最新設(shè)備不僅可用于“觸摸”材質(zhì)質(zhì)感，給顧客提供更好的在線購物體驗(yàn)，還能為遠(yuǎn)程醫(yī)療保健提供觸覺反饋，將音樂轉(zhuǎn)化為物理觸感從而使聽障人士能夠“感受”音樂，甚至能幫助視障人士識(shí)別周圍環(huán)境。

Haptiknit研制團(tuán)隊(duì)也考慮將其集成到輔助設(shè)備中，幫助人們進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練或改善日常移動(dòng)能力。

遠(yuǎn)程操作和機(jī)器人技術(shù)也將從中受益。能提供多觸感反饋的遙控機(jī)器人系統(tǒng)使用戶能從遠(yuǎn)處“感覺”物體，從而提高機(jī)器人手術(shù)等精細(xì)任務(wù)的精確度。

精密性與實(shí)用性仍待提升

不過，科學(xué)家也表示，確保此類設(shè)備在技術(shù)精密度、用戶舒適度以及實(shí)用性之間取得微妙平衡，仍有較長的路要走。

首先，需要對人類觸覺有更深入的了解。觸覺技術(shù)之所以在豐富性和真實(shí)感方面落后于視頻和音頻，部分原因在于皮膚接觸機(jī)制極其復(fù)雜，皮膚彈性、受體分布和濕度等外部因素的差異會(huì)改變觸覺刺激的感知方式。

其次，由于彈性、水分甚至體毛的變化，每個(gè)人的皮膚對刺激的反應(yīng)都不同，這種善變性使設(shè)計(jì)普遍有效的設(shè)備變得異常復(fù)雜。另一個(gè)問題是觸覺掩蔽，即多種觸覺可能會(huì)相互干擾，從而降低觸覺感知的清晰度。

更重要的是，了解大腦如何處理同步觸覺信息，對于提升未來設(shè)備的性能至關(guān)重要。

科學(xué)家提出了幾種可能重新定義可穿戴觸覺技術(shù)的新興驅(qū)動(dòng)方法。例如，聚合物驅(qū)動(dòng)依賴在受刺激時(shí)會(huì)改變形狀或紋理的智能聚合物，為觸覺感知提供了一種更輕便靈活的新途徑；流體驅(qū)動(dòng)利用加壓空氣或液體產(chǎn)生動(dòng)態(tài)觸覺，在柔性機(jī)器人和基于紡織品的觸覺可穿戴設(shè)備中越來越受歡迎，為設(shè)備舒適性提供了新的可能；而熱驅(qū)動(dòng)通過加熱或冷卻來模擬真實(shí)感覺，日益成為增強(qiáng)虛擬環(huán)境沉浸感的優(yōu)選方法。