彻底改变触摸：研究人员探索可穿戴多感官触觉技术的未来
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互动的方式。 虽然早期的触觉反馈设备专注于基于振动的通知等单感官线索，但现代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，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。 触觉设备支持通过触摸进行交流，自 1960 年代推出以来已经取得了长足的发展。 最初，他们依赖于刚性、接地的机构充当用户界面，从虚拟环境生成基于力的反馈。 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。 今天的创新侧重于皮肤反馈 - 刺激皮肤的受体以提供逼真的触觉 - 而不是动觉反馈，后者模仿施加在肌肉骨骼系统上的力。 “可穿戴触觉设备现已集成到消费产品中，例如智能手表和游戏配件，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，“Thomas Michael Panos 家族工程学教授兼机械工程教授兼主席 O'Malley 说。 “向多感官触觉反馈的新转变，即同时提供不止一种类型的触摸刺激，正在增强用户体验，但也带来了新的工程和感知挑战。 随着这项技术的不断Evolve 的 Marvel S S Cher S 的 Tim 体验中，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际接触之间差距的体验。 设计有效的可穿戴多传感器触觉设备需要对人类触觉有深入的了解，研究团队确定了当今该领域的几个关键挑战。 最显着的障碍之一是皮肤接触机制的可变性，如皮肤弹性、受体分布和外部因素的差异，如湿度可以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（如振动和皮肤拉伸）可能会相互干扰，从而降低感知清晰度。 “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，”机械工程助理教授 Preston 说。 “这种可变性使得设计普遍有效的设备变得异常复杂。” 输入此外，耐磨性和舒适性仍然是每款产品的主要考虑因素。 触觉设备的设计必须适合不同的身体位置，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。 “真正沉浸在触觉技术中不仅取决于用户的感受，还取决于他们体验到它的自然和舒适程度，”Preston 说。 除了强调挑战外，作者还确定了几种可能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，由于其可靠性和经济性，仍然是采用最广泛的方法。 然而，它通常难以提供各种触觉提示。 聚合物驱动依赖于在受到刺激时会改变形状或纹理的智能聚合物，可提供轻巧灵活的替代品，用于提供触觉反馈。 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，热驱动正在成为一种增强虚拟环境沉浸感或通过加热或冷却感觉模拟真实世界交互的方法。 “我们期待这些技术显着扩大了触觉反馈的范围，特别是在医疗康复、假肢开发和人机交互等领域，“O'Malley 说。 “尽管前景广阔，但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为人类与数字和物理环境的交互开启新的可能性。 在虚拟和增强中现实、多感官触觉反馈通过让用户感受数字对象来增强沉浸感，改善游戏、训练模拟和教育体验。 在医疗保健和康复方面，可穿戴触觉反馈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程序利用触觉界面来帮助有视力或听力的人通过将听觉或视觉信息转换为基于触摸的信号来减少损伤。 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，远程作和机器人技术将显着受益，因为具有触觉反馈的遥控机器人系统允许用户从远处“感觉”物体，从而提高像机器人手术这样的精细任务。 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感知。 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，并确保广泛采用需要在技术复杂性、用户舒适度和实际可用性之间取得平衡。 “最终目标是创造感觉像现实世界的触摸一样自然的触觉设备，”“奥马利说。