媲美人类指尖触觉分辨率的可穿戴设备问世

IT之家 11 月 20 日消息，美国西北大学（Northwestern University）工程团队研发出首款在触觉分辨率上达到与人类指尖相匹敌的触觉设备。这款名为 VoxeLite 的超薄可穿戴设备，能够以极高的清晰度重现指尖的触觉体验，有望彻底改变人类与数字内容的交互方式。该研究成果已发表于《科学进展》（Science Advances）期刊。

长期以来，视听技术已发展至近乎完美的保真度，但触觉技术却相对滞后。目前的商用触觉反馈设备大多依赖粗糙的震动，难以传达细腻的质感。

西北大学团队开发的 VoxeLite 旨在解决这一痛点，其能够同时还原真实触觉中的空间细节（spatial detail）和时间细节（temporal detail）。

“触觉是目前唯一尚未拥有真正数字化接口的主要感官，”该项目负责人 Sylvia Tan 表示。她指出，团队的目标是让虚拟纹理和触觉感受变得真实可信。同时，该设备设计轻便舒适，Tan 将其佩戴体验比作戴眼镜一样自然，适合长时间使用。

论文合著者 J. Edward Colgate 教授将这项工作定义为触觉领域的重大科学突破，他称：“这项研究通过首次引入一种实现‘人类分辨率’的技术，代表了触觉领域的重大科学突破。”

据IT之家了解，人类皮肤对微小细节的反应极快且极其敏感，触觉模拟的主要挑战在于：时间分辨率低会导致触感“卡顿”或不连贯；空间分辨率低则会导致触感“模糊”。

以往的研究往往难以同时兼顾这两点，且设备通常体积庞大、结构复杂。相比之下，VoxeLite 的重量不到 1 克，却成功攻克了这一双重难题。

VoxeLite 的核心结构是一个嵌入在超薄、可拉伸乳胶片中的微型节点网格。每个节点充当一个独立的触觉像素，由橡胶圆顶、导电层和内部电极组成。当通电时，设备利用电粘附（electroadhesion）原理产生机械力。每个节点不仅能抓紧表面，还能倾斜并压入皮肤。

高电压会增加摩擦力，模拟粗糙质感；低电压则减少摩擦，模拟光滑表面。用户只需将手指在接地的屏幕上滑动，即可感受到这些虚拟图案。

Tan 在研究中发现，当节点间距小于 1 毫米时，触觉会融合为一个点；间距过宽则会丢失细节。为了匹配人类指尖的自然敏锐度，最密集的设计方案将节点间距设为约 1 毫米（用户测试中使用了 1.6 毫米的间距）。

VoxeLite 支持两种工作模式，主动模式（Active Mode）下节点快速倾斜以生成虚拟纹理。节点每秒可移动高达 800 次，覆盖了触觉受体的完整频率范围。在测试中，参与者识别方向线索的准确率高达 87%；识别皮革、灯芯绒等织物的准确率达到 81%。

被动模式（Passive Mode）下设备保持超薄且柔软的状态，完全融入日常使用，不会阻碍手指对真实物体的触感。用户无需取下设备，即可在虚拟交互与现实操作之间无缝切换。

研究团队设想将 VoxeLite 与智能手机或平板电脑结合。未来，这项技术不仅能让消费者在网购时“触摸”到衣物的面料，还能为视障人士提供精细的触觉地图导航。

Tan 总结道，这项工作的独特之处在于它完美融合了高空间分辨率、高时间保真度以及卓越的可穿戴性。目前，团队正致力于研究人类大脑如何感知这些复杂的触觉信号。