看得见、摸得着，研究人员研发新型光电触觉显示技术

IT之家 12 月 8 日消息，美国加州大学圣塔芭芭拉分校（UC Santa Barbara）的研究人员在《科学・机器人》（Science Robotics）期刊最新发表的一项研究中，展示了一种新型显示技术：该技术所呈现的动态图像不仅可见，还可被物理感知。这项研究介绍了一种超薄光电触觉表面，其上布满毫米级像素；当受到短暂投射光脉冲照射时，这些像素会隆起形成可被触觉感知的凸点。

该项目始于 2021 年圣塔芭芭拉分校教授尤恩・维塞尔（Yon Visell）提出的一个简单问题：用于绘制图像的光线，是否也能产生足够强的机械响应以被人手感知？经过一年的建模和多次失败的原型尝试后，该校研究人员马克斯・林南德（Max Linnander）于 2022 年底成功研制出首个概念验证装置。该装置仅由一个小型二极管激光器发出的闪光驱动，不含任何嵌入式电子元件，却能在被触摸时产生清晰可感的触觉脉冲。

据IT之家了解，本研究中描述的完整显示架构正是基于这一成果构建而成。每个像素由一层薄表面膜、下方的小型空气腔以及一片悬浮的石墨薄膜组成。当受到光照时，石墨薄膜吸收光能并迅速转化为热量，使膜下空气受热膨胀，从而将表面向外推高最多达一毫米。这一位移幅度足以让用户通过指尖精确定位单个像素。

由于同一束激光既提供能量又实现像素寻址，整个面板无需内部布线。一套高速扫描系统可快速扫过像素阵列，逐个激活像素，从而生成连续的视觉与触觉动画。

研究团队目前已成功制造出包含 1500 多个独立寻址像素的阵列，相较以往难以兼顾像素密度、响应速度与位移幅度的触觉显示器，这是一个显著突破。其响应时间介于 2 至 100 毫秒之间，足以再现流畅的轮廓、形状及字符图案。在用户测试中，参与者能够准确追踪移动刺激、分辨空间布局，并感知由像素顺序激活所形成的时序信息。

研究人员指出，得益于光学寻址方案，该技术具备良好的可扩展性。更大尺寸的阵列可由现代投影仪中常用的紧凑型扫描激光器驱动。他们还展望了多项潜在应用，例如模拟实体控件的汽车人机界面，以及可在读者手掌下动态重塑的电子文本或图表。

尽管目前仍处于原型阶段，但该研究首次实现了将光能直接、高分辨率地转化为机械形变。加州大学圣塔芭芭拉分校团队由此开辟了一条新路径，未来的触觉显示器将更接近传统视觉显示器的行为方式，以可同时被眼睛观察、手指探索的模式呈现信息。