高分辨率、超灵活的远程触觉系统，打造沉浸式触觉交互体验
2022-09-10 08:27:16   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

在教育、医疗保健、零售、机器人和制造业等领域，虚拟交互的热度正在迅速攀升。通过虚拟交互，人们能以低成本、高可达性和非接触方式真实再现触觉感知。要想实现高度沉浸式的触觉交互体验，需要一个能与皮肤集成、无束缚且高分辨率的触觉感知设备，用于收集并产生触觉刺激。然而，现有的触觉传感器和执行器在尺寸、柔性和分辨率等方面存在不足之处，限制了复杂触觉交互和沉浸式用户体验的再现。

据麦姆斯咨询报道，近日，韩国电子与电信研究所（ETRI）、韩国科学技术联合大学院大学（UST）、韩国科学技术院（KAIST）的研究人员共同开发出一种新型超灵活的远程触觉系统，该系统由超柔性双峰（UFB）触觉传感器和柔性亚毫米级触觉执行器阵列组成，可与人体皮肤集成且无束缚，能够采集并再现具有1.8 mm高空间分辨率的触觉刺激模式，可用于人体皮肤远程通信。相关研究成果已发表于npj Flexible Electronics期刊。

用于远程触觉系统的超柔性双峰（UFB）触觉传感器和柔性亚毫米级触觉执行器阵列

超柔性双峰触觉传感器由快速自适应（FA）和慢速自适应（SA）压力传感器阵列组成，可以同时监测高空间分辨率的静态和动态压力，有利于获取表面形状、纹理等复杂触觉信息。超柔韧和超薄双峰传感器的机械柔顺性可实现对柔软皮肤表面的顺应性，当施加小面积压力时皮肤会自然变形，该传感器可沿着皮肤自然变形精确地收集触觉信息。

用于触觉采集的超柔性双峰触觉传感器阵列

柔性亚毫米级触觉执行器阵列被集成在具有棋盘图案的超柔性衬底上，从而最大限度地减少机械变形过程中的应力。实验结果表明，该触觉执行器阵列即使在3 mm的弯曲半径下，也没有出现裂纹或者破损等机械故障，此外，在高达592 kPa的外部负载或接触力下，该触觉执行器性能依然稳定。

用于触觉渲染的柔性亚毫米级触觉执行器阵列

为了实现沉浸式远程信号通信，除了触觉传感器和执行器之外，信号处理单元和无线连接的正确设计，对于复杂触觉刺激的传输也至关重要。该项研究提出的远程触觉系统中，触觉传感器和执行器通过信号处理模块无线耦合，能够以低延迟、高信号保真度传输和共享触觉信息，非常有利于虚拟现实（VR）中的实时触觉渲染。

用于远程触觉通信的无线触觉采集和渲染系统

各种类型的时空触觉，例如织物的形状、纹理，以及更复杂的按压、敲击和蝴蝶振翼等振动模式，均能通过该双峰触觉传感器阵列获取后，实时传输到3 m之外的触觉执行器阵列，实现低延迟（<1.55 ms）、高保真再现沉浸式的触觉体验。

无线远程触觉系统的演示

该高分辨率、超灵活的远程触觉系统，使人们能够在远距离内获得身临其境的物理体验，丰富了增强现实/虚拟现实（AR/VR）等虚拟环境中的真实感，有望为基于触觉的人机交互开辟一条新的道路。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41528-022-00216-1

延伸阅读：

《触觉技术及市场-2022版》

《印刷和柔性传感器技术及市场-2021版》

《Merit Sensor压力传感器及MEMS芯片分析》

《可穿戴技术及市场-2021版》