近年来，显示器和扬声器的更新迭代给我们带来了沉浸式的视听享受，但少有能够呈现逼真触觉的设备。

近日，腾讯Robotics X实验室和香港城市大学合作发明了一种超分辨率可穿戴式的电触觉呈现系统。研究人员将这套设备与VR设备结合，开发了一套模拟与猫互动的系统。佩戴者不仅感受到猫毛的纹理变化，还能清楚感觉到被猫舔时，猫舌上的小倒刺所带来的轻微痒痛感。

触觉刺激器的原理

现阶段，触觉刺激模拟主要分为机械刺激和电刺激两种。机械刺激通过在人体皮肤上施加局部机械力或振动从而产生稳定和连续的触觉刺激。但往往机械刺激器设备较大，难以模拟细微的触觉。而且由于驱动模式的原因，机械刺激器的响应时间也较长。相比之下，电刺激可以模拟更加细微的触觉感受，有着更快的响应速度。

(1)双高频交流电调制低压的触觉刺激

有别于传统的高压直流脉冲穿透高阻抗角质层的触觉刺激器，本文的电触觉刺激器是通过高频交流电来穿透人体的皮肤，刺激神经。通过提高交流电的频率，可以产生密度更高、渗透皮肤更深的电流，从而激活更多的神经，进而呈现更强的触觉刺激。

(2)通过调整振幅模拟不同质感

模拟触觉的粗糙程度与刺激的强度和振动频率有关。通过实验，研究人员发现，低频和高电压刺激能够模拟岩石和砂纸等的粗糙纹理，而高频和低电压刺激可以模拟丝绸和玻璃等的光滑纹理。

(3)控制电流来实现超分率触觉刺激

设备在指尖位置设置了一个有着25个电极的电极阵列，利用电极阵列的高可重构性，研究人员采用创新性的转向超分辨率策略，即通过控制目标及其周围位置的电极产生的电流，从而实现在两个电极之间的位置产生刺激，实现设备的超分辨率。

应用场景

(1)模拟现实中的各类场景

这套设备所带来的高仿真触觉刺激使其可以与VR设备配合来模拟各种场景，例如模拟与猫互动，购物时抚摸不同面料的服饰等等。实验中，佩戴者可以感觉到被猫的舌头舔时，猫舌头上倒刺所带来的轻微痒痛感，以及抚摸猫毛时，随抚摸方向和速度变化带来的的粗糙感变化。

(2)方便视障人士阅读的触觉阅读

同时，研究人员也通过这套设备开发了一套方便视障人士阅读的盲文呈现系统。系统按照字母或数字的书写顺序呈现笔画，形成连续的触觉刺激来呈现不同的字母或者数字。实验中受试者的分辨准确率能够超过87%，但像"I"和"1"、“S”和“8”以及“O”和“0”等笔画和结构类似的字符依然容易混淆。

(3)隔着手套也能感受到触觉细节

研究人员还将电触觉呈现系统与灵敏的触觉传感器分别安装在安全手套的内外侧，然后让受试者佩戴安全手套，仅通过触摸确定微型钢圈（半径1mm，厚度0.44m）的位置。但即便隔着厚厚的手套，受试者也能准确找出微型钢圈的位置。

“云撸猫”、4D电影、感受网购物品的材质，触觉的加入颠覆了传统的视听娱乐模式，极大地提高了用户的沉浸感。盲文阅读也能够为视障人士带来更多生活中的便捷。在未来，这套设备还有可能应用于潜水、消防救援、航空航天等需要身着特定厚重服装的应用场景。甚至配合上5G技术以及机械臂，实现远程手术等高精度的作业。这套设备所带来的高仿真，超分辨率的模拟触觉，为这套设备的应用提供了无限可能。

参考资料：
https://www.qbitai.com/2022/10/38347.html
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp8738

撰稿人：张嘉俊
指导老师：王斐