西北大学工程师打造首款达到人类触觉分辨率的可穿戴设备

美国西北大学的工程师们研发出全球首款在触觉上达到人类分辨率的触觉设备。这款名为VoxeLite的超薄可穿戴设备，能以与人类指尖相当的清晰度重现触觉感受。团队将其展示为一种舒适的指尖包裹式界面，有望改变人们与数字环境的交互方式。

长期以来，研究人员不断推动视觉和音频系统接近完美保真度，但触觉技术一直落后。大多数现有设备仍依赖粗糙振动。西北大学团队针对这一问题，通过还原真实触摸的空间和时间细节来攻克难关。

“触觉是最后一个没有真正数字接口的主要感官，”主导这项研究的Sylvia Tan表示。她提到团队希望让纹理和触觉感受变得真实，且设备长期佩戴仍舒适，堪比戴眼镜。

合著者J. Edward Colgate将这项工作视为重大突破：“这项研究通过首次引入达到‘人类分辨率’的技术，代表了触觉领域的重大科学突破。”他指出，该设备匹配了人类感官系统的空间和时间极限。

此前该领域进展缓慢，因为皮肤反应迅速且能区分微小细节——低时间分辨率会导致触感卡顿，低空间分辨率则让触感模糊，许多研究者避免同时解决这两个问题。Colgate补充说，早期触觉尝试设备庞大复杂，而VoxeLite重量不足1克。

该设备采用嵌入超薄可拉伸乳胶片的小型节点网格，每个节点相当于一个触觉像素。橡胶穹顶、导电层和内部电极通电时会产生电粘附效应。

团队早期系统曾用电粘附改变屏幕摩擦力，而VoxeLite通过控制机械力进一步优化：每个节点会抓取表面并倾斜按压皮肤。高电压增加摩擦力以模拟粗糙质感，低电压减少摩擦力以重现光滑表面。用户在接地屏幕上滑动设备即可感受这些虚拟图案。

Tan研究了节点的最佳间距：间距小于1毫米时，触感会融合为一个点；间距过宽则降低细节。最优设计匹配了人类指尖的敏锐度，最密布局节点间距约1毫米，用户测试采用1.6毫米间距。

VoxeLite支持两种模式：

• 主动模式：节点以每秒800次的速度快速倾斜，生成虚拟纹理，覆盖触觉感受器的全频率范围。测试中，参与者识别方向提示的准确率高达87%，识别皮革、灯芯绒等织物的准确率达81%。
• 被动模式：设备保持超薄柔软，融入日常使用，不会阻碍正常触摸。用户无需取下即可在真实与数字交互间切换。

团队设想将VoxeLite与手机或平板配对，未来设备可让网购者在线感受织物质感，或为视障人士提供触觉地图。Tan强调，这项工作的亮点在于同时实现了空间分辨率、时间保真度和可穿戴性，团队目前正研究人类对这些信号的感知机制。

该研究成果发表于《Science Advances》期刊。