浙江
在人类感官的数字化进程中，视觉与听觉早已通过高分辨率屏幕和环绕立体声技术实现了沉浸式飞跃，然而触觉领域却长期困于单一维度的技术桎梏。
近日，西北大学科研团队在《科学》杂志发表突破性研究成果，宣布开发出全球首款具备全运动自由度（FOM）的无线触觉执行器，以微型化设计模拟真实触觉的多元动态特征，为触觉技术开辟了全新的可能性。
01 研究介绍｜微型设备的科学原理
此项研究由西北大学生物电子学先驱约翰·A·罗杰斯（John A. Rogers）教授与机械工程专家黄永刚教授联合主导，研究团队从人类皮肤的生理机制出发，提出了一项颠覆性设计：通过微型磁铁与嵌套式线圈的组合，构建可编程的多轴力学执行系统。该设备的核心创新在于突破传统触觉执行器的单向运动限制，首次实现对皮肤表面施加任意方向的动态力，包括推、拉、扭转、滑动等多种复合动作。。
设备主体仅数毫米见方，采用无线供电模式与蓝牙连接技术，可灵活贴附于身体各部位。其内部由微型永磁体与多组电磁线圈构成嵌套结构，通过精准调控线圈电流方向与强度，生成与磁体相互作用的磁场，从而驱动磁铁在三维空间中自由运动。
02 研究成果｜多维触觉的精准复现
实验验证表明，该设备在触觉模拟的细腻度与响应速度上均达到行业领先水平。研究团队通过阵列化布局多个执行器，成功复现了捏、压、拍、搓等复杂触觉模式，并实现动态参数的毫秒级调节。在音乐触觉转换测试中，设备将不同乐器的声波特征映射为振动频率与力向变化，使受试者能通过皮肤感知小提琴的悠扬与鼓点的节奏差异。。
值得注意的是，该设备的运动追踪功能使其应用场景进一步扩展。当用户操作平板屏幕时，加速度计可捕捉手势轨迹，结合执行器的多轴力学反馈，模拟按键按压、页面滑动等交互行为的真实触感。罗杰斯表示，这种运动跟踪功能在空间导航或触摸平板屏幕上的不同纹理时特别有用。“如果你用手指沿着丝绸滑动，它会比触摸灯芯绒或粗麻布时摩擦力更小，滑动速度更快，”他说。“你可以想象在网上购买衣服或布料并想要感受它们的质感。”
03 研究意义｜让虚拟世界栩栩如生
西北大学的这项突破不仅标志着触觉技术的范式革新，更预示着人机交互将迈入全感官融合的新纪元。从技术维度看，全运动自由度执行器的诞生解决了触觉模拟的底层难题——皮肤机械感受器的多模态激活需求。在应用层面，该技术为多个领域带来颠覆性机遇：
l虚拟现实的深度沉浸：结合VR/AR设备，用户可体验虚拟物体的重量、质地与形变过程，例如感受虚拟水杯的冰凉触感或沙粒从指缝滑落的细微摩擦。
l无障碍服务的智能升级：视障人群可通过触觉阵列感知环境物体的空间分布与材质特性，听障者则能将声波信息转化为皮肤可识别的振动编码。
l远程交互的真实触达：电商平台的纺织品展示可突破平面图像限制，用户滑动屏幕即可感知布料垂感与弹性；远程手术培训系统可传递器械操作的力学反馈。
l艺术表达的感知延伸：舞蹈表演可通过可穿戴触觉装置传递肢体运动的力学美学，音乐欣赏可转化为触觉交响体验。
这项研究的深远意义，或许正如《科学》杂志评审所评价：“它重新定义了触觉技术的可能性边界，为构建真正意义上的全感知智能社会奠定了基石。”在可穿戴设备走向无形化、智能化的今天，人类正在触摸一个更加真实的未来。
新闻来源：ScienceDaily
论文参考：DOI: 10.1126/science.adt2481
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