多觸感設備彌合人機交互鴻溝

◎本報記者 劉 霞

從虛擬現實、康復治療到人機通信，觸覺技術改變了人類與數字世界互動的方式。雖然早期的觸覺感知設備主要藉助振動提供觸覺，但技術進步為多觸感設備打下了基礎。這些設備融合了振動、皮膚拉伸、壓力和温度等多種觸覺感知形式，在虛擬世界中搭建起真實的觸覺橋樑。

開啓多維觸感新紀元

美國萊斯大學機械工程學教授瑪西婭·奧瑪利在近期刊登於《自然綜述：生物工程》雜誌的論文中表示，傳統可穿戴觸覺設備大多依賴於振動來模擬觸摸感覺。然而，隨着傳感和驅動技術不斷取得進步，可穿戴設備正向多觸感領域進發，為用户提供更豐富的體驗，從而彌合人機數字交互之間的鴻溝。多觸感反饋意味着設備能同時向用户提供多種類型的觸覺刺激，比如壓力、皮膚拉伸等。

例如，美國斯坦福大學和麻省理工學院科學家攜手設計出一款名為Haptiknit的針織袖套，利用基於壓力的感知來模擬多種觸覺，為可穿戴設備開闢了新的可能。

Haptiknit通過結合柔軟織物與小型氣動系統，能為用户提供真實的壓力感。相比振動裝置，用户對Haptiknit的壓力反饋定位更加準確：他們能更好地分辨出單個觸點的位置。此外，內置的執行器以不同速度連續充氣時，還能模擬出連續撫摸的感覺，給用户帶來更加愉悦的體驗。

美國西北大學則研製出一款僅有指尖大小的新型可穿戴設備，其通過全自由度致動器、藍牙連接和微型電池，無線模擬多種觸覺體驗，如振動、拉伸、壓力、滑動和扭動等，有望徹底改變虛擬現實中的觸覺感知。

發表在《科學》雜誌的論文指出，這款裝置旨在利用微型磁鐵與線圈產生的磁場，激活皮膚內不同深度的機械感受器，為用户提供相比傳統振動馬達更豐富的觸覺。

解鎖人機交互更多可能

可穿戴多觸感設備有望在醫療保健、機器人以及沉浸式虛擬體驗等領域發揮重要作用。

例如，在虛擬現實和增強現實中，此類設備可通過讓用户感受數字對象來增強沉浸感，從而改善遊戲、培訓模擬和教育體驗。在醫療保健和康復方面，此類設備如果用於運動技能訓練、中風後康復等，有助於增強患者與周圍環境的互動。另外，這些設備內置的輔助技術和應用程序可利用觸覺界面，將聽覺或視覺信息轉換為基於觸摸的信號，從而幫助視障或聽障患者。

西北大學研發的最新設備不僅可用於“觸摸”材質質感，給顧客提供更好的在線購物體驗，還能為遠程醫療保健提供觸覺反饋，將音樂轉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別周圍環境。

Haptiknit研製團隊也考慮將其集成到輔助設備中，幫助人們進行康復訓練或改善日常移動能力。

遠程操作和機器人技術也將從中受益。能提供多觸感反饋的遙控機器人系統使用户能從遠處“感覺”物體，從而提高機器人手術等精細任務的精確度。

精密性與實用性仍待提升

不過，科學家也表示，確保此類設備在技術精密度、用户舒適度以及實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瞭解。觸覺技術之所以在豐富性和真實感方面落後於視頻和音頻，部分原因在於皮膚接觸機制極其複雜，皮膚彈性、受體分佈和濕度等外部因素的差異會改變觸覺刺激的感知方式。

其次，由於彈性、水分甚至體毛的變化，每個人的皮膚對刺激的反應都不同，這種善變性使設計普遍有效的設備變得異常複雜。另一個問題是觸覺掩蔽，即多種觸覺可能會相互干擾，從而降低觸覺感知的清晰度。

更重要的是，瞭解大腦如何處理同步觸覺信息，對於提升未來設備的性能至關重要。

科學家提出了幾種可能重新定義可穿戴觸覺技術的新興驅動方法。例如，聚合物驅動依賴在受刺激時會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；流體驅動利用加壓空氣或液體產生動態觸覺，在柔性機器人和基於紡織品的觸覺可穿戴設備中越來越受歡迎，為設備舒適性提供了新的可能；而熱驅動通過加熱或冷卻來模擬真實感覺，日益成為增強虛擬環境沉浸感的優選方法。