迈向真人触感：一种高精度、高灵敏度的可穿戴触觉设备

虽然我们能轻易将视觉和听觉数字化为超逼真的图像和声音，但触觉至今仍缺乏真正意义上的数字对应物。目前最常见的触觉反馈是振动，虽可用于提醒，却无法传达真实触觉体验的丰富细节。与视觉和听觉可被数字化为像素和波形不同，触觉涉及空间和时间上的复杂模式，还需要将物理力传递到体内，而非单纯的电子模拟。人类指尖的空间分辨率约为1毫米，对0至1000赫兹的宽频率范围敏感，因此任何旨在重现真实触觉体验的触觉显示器，都必须满足这些“人类分辨率”的性能标准，同时保持 lightweight 且机械上不突兀。此前的研究虽探索了多种致动方式，但要么时间分辨率低，要么形态僵硬笨重，无法自然穿戴使用。

为解决这一问题，研究团队开发了一种名为“VoxeLite”的可穿戴触觉显示器。它由阵列式独立寻址的软性电粘性致动器（“节点”）组成，通过可扩展的微制造技术，实现了高达110个节点/平方厘米的致动器密度，同时保持机械柔韧性和极轻的重量——厚度仅0.1毫米，重量约0.19克，能自然贴合皮肤，不影响用户与物理表面的自然交互。每个节点由四层构成：非导电乳胶、硬化橡胶、可拉伸银电极和弱导电乳胶。

VoxeLite有两种工作模式。在主动模式下，当用户手指在光滑接地导电板上移动时，对单个节点施加60-200伏电压，节点最外层（弱导电乳胶）与接地表面间会产生静电力。这种静电力的增加转化为节点-板界面的摩擦力增加，导致节点倾斜，其平顶的一侧压入皮肤。由于致动由电驱动，压入可在高时间频率下调制，用户能感知2至800赫兹的振动，这一带宽足以刺激所有四类皮肤纤维。在被动模式下，不施加电信号，当用户与自然纹理和物体交互时，节点会对表面摩擦力和几何形状的变化做出机械响应，通过倾斜运动和整体节点平移传递微观和宏观几何信息，实现“触觉透明性”，即能将真实的触觉信息传递给指尖。

性能表征显示，VoxeLite的时间分辨率在2-800赫兹范围内，侧向力和手指振动幅度均超过人类触觉感知阈值；空间分辨率方面，节点在法向方向耦合极小，能实现独立运动，侧向方向虽存在耦合但可通过设计缓解；触觉透明性测试中，佩戴VoxeLite时感知到的织物纹理空间时间事件图（SEP）与 bare finger 时相似，能保留纹理的“粗糙”和“光滑”等类别级区分。

用户实验进一步验证了其性能：在触觉图标识别任务中，参与者能以86.7%的平均准确率识别方向运动；在虚拟纹理辨别任务中，平均准确率达81.7%；在触觉透明性测试中，与佩戴乳胶鞘相比，VoxeLite更好地保留了真实纹理的类别特征。

这项工作通过结合高时空分辨率致动与可穿戴性，解决了当前触觉显示器的关键局限，为沉浸式虚拟现实/增强现实、交互式机器人和先进人机界面开辟了新可能。不过，要实现大规模部署，还需解决制造工艺规模化、开发紧凑型无线电子设备、优化长期使用舒适性及确定最佳节点密度等挑战。