革新触觉交互：研究人员探索可穿戴多感官触觉技术的未来前景

触觉设备致力于通过触觉实现信息传递，自20世纪60年代问世以来已取得显著发展。最初，它们依赖刚性的、接地的机械装置作为用户界面，从虚拟环境中生成基于力的反馈。但随着传感和驱动技术的进步，触觉设备日益趋向可穿戴化。当今的创新聚焦于皮肤触觉反馈——即通过刺激皮肤受体提供逼真的触感——而非模拟施加于肌肉骨骼系统的力的动觉反馈。

"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，并在医疗保健、机器人技术和沉浸式媒体领域承担更复杂的角色，"工程学Thomas Michael Panos家族教授、机械工程系主任O'Malley表示。"向多感官触觉反馈的新转变——意味着同时传递多种触觉刺激——正在提升用户体验，但也带来了新的工程学和感知挑战。随着技术持续演进，我们将见证它迈向更丰富、多感官的体验，从而弥合数字交互与人类触觉之间的鸿沟。"

设计高效的可穿戴多感官触觉设备需要深入理解人类触觉感知，研究团队指明了当前领域的若干关键挑战。最重大的障碍之一是皮肤接触力学的多变性：由于皮肤弹性、受体分布以及湿度等外部因素的差异，触觉刺激的感知方式会发生改变。另一问题是触觉掩蔽效应，即振动与皮肤拉伸等多种触觉感受会相互干扰，降低感知清晰度。

"每个人的皮肤对刺激的反应因弹性、湿度甚至体毛的差异而不同，"机械工程助理教授Preston指出。"这种可变性使得设计普适性设备异常复杂。"

此外，可穿戴性和舒适性始终是各类产品的核心考量。触觉设备的设计必须适配不同身体部位，且不会引起不适、限制活动或干扰日常生活。重量、尺寸及固定方式等因素对确保长期可用性至关重要。

"触觉技术的真正沉浸感不仅取决于用户的感受，更关乎体验的自然度和舒适度，"Preston强调。

除阐明挑战外，作者们还指出了几种可能重塑可穿戴触觉技术的新兴驱动方法。

机电驱动技术广泛应用于振动反馈系统，因其可靠性和经济性仍是主流方案，但其在提供多样化触觉提示方面存在局限。聚合物驱动技术依托智能聚合物在刺激下改变形态或纹理的特性，为触觉反馈提供了轻量灵活的替代方案。流体驱动技术利用加压空气或液体产生动态触感，在软体机器人和纺织基触觉可穿戴设备领域迅速发展，为舒适性与适应性开辟了新可能。此外，热驱动技术正通过升温或降温的体感增强虚拟环境沉浸感或模拟真实交互。

"我们预期这些技术将显著扩展触觉反馈的应用范围，特别是在医疗康复、假肢开发和人机交互领域，"O'Malley表示。"尽管前景广阔，但仍需在响应时间、耐用性和能效方面进行深度优化。"

该综述还揭示了可穿戴触觉技术如何开启人类与数字/物理环境交互的新可能。在虚拟与增强现实中，多感官触觉技术使用户感知数字物体，显著提升了游戏、训练模拟及教育体验的沉浸感。在医疗康复领域，可穿戴触觉设备辅助运动技能训练、中风后康复及假肢反馈，帮助患者更有效地与环境互动。辅助技术与通信应用通过触觉界面将听觉/视觉信息转化为触觉信号，协助视听力障碍人群。导航引导系统借助触觉可穿戴设备提供直观方向提示，既服务于视障群体，也优化了军事航空等领域的免提导航。远程操作与机器人技术同样获益匪浅：配备触觉反馈的遥控机器人系统使用户得以远程"感知"物体，提升机器人手术等精细操作的精准度。

尽管进展显著，作者们强调仍需深入探索多感官触觉感知机制。理解大脑如何处理同步触觉信号对精进未来设备至关重要，而确保广泛应用需在技术精密性、用户舒适度与实际可用性之间取得平衡。

"终极目标是创造触感如同真实世界般自然的触觉设备，"O'Malley总结道。