这款 Touchy-Feely 手套可感知和映射触觉刺激

当你拿起一个气球时，握住它的压力与你抓住一个罐子所施加的压力不同。现在，麻省理工学院和其他地方的工程师们有了一种方法来精确测量和映射这种微妙的触觉灵活性。

该团队设计了一种新的触觉感应手套，可以“感受”压力和其他触觉刺激。手套内部装有传感器系统，可检测、测量和绘制手套上压力的微小变化。各个传感器高度协调，可以拾取皮肤上非常微弱的振动，例如来自人的脉搏。

当受试者戴着手套拿起气球而不是烧杯时，传感器会生成特定于每项任务的压力图。握住气球会在整个手掌产生相对均匀的压力信号，而握住烧杯会在指尖产生更大的压力。

研究人员说，触觉手套可以帮助重新训练中风或其他精细运动疾病患者的运动功能和协调能力。手套也可能适用于增强虚拟现实和游戏体验。该团队设想将压力传感器不仅集成到触觉手套中，还集成到柔性粘合剂中，以比智能手表和其他可穿戴监视器更准确地跟踪脉搏、血压和其他生命体征。

麻省理工学院机械工程教授 Nicholas Fang 表示：“我们的传感结构的简单性和可靠性为各种医疗保健应用提供了广阔的前景，例如脉搏检测和恢复触觉功能障碍患者的感觉能力。”>

手套的压力传感器在原理上与测量湿度的传感器相似。这些传感器用于 HVAC 系统、冰箱和气象站，被设计成带有两个电极或金属板的小型电容器，中间夹有一种橡胶“电介质”材料，可在两个电极之间穿梭电荷。

在潮湿条件下，介电层充当海绵，从周围的水分中吸收带电离子。这种离子的添加​​会改变电极之间的电容或电荷量，从而可以量化并转换为湿度测量值。

近年来，研究人员已将这种电容夹层结构用于设计薄而灵活的压力传感器。这个想法是相似的：当传感器被挤压时，其介电层中的电荷平衡会发生变化，这种变化可以被测量并转换为压力信号。但大多数压力传感器的介电层体积较大，限制了它们的灵敏度。

对于他们的新触觉传感器，该团队取消了传统的介电层，取而代之的是一种令人惊讶的成分：人体汗液。由于汗液中天然含有钠和氯化物等离子，他们推断这些离子可以作为介电替代品。他们设想了两个薄而扁平的电极，而不是三明治结构，它们放置在皮肤上以形成具有一定电容的电路。如果对一个“感应”电极施加压力，来自皮肤天然水分的离子会积聚在下侧，并改变两个电极之间的电容，达到它们可以测量的量。

他们发现他们可以通过在其底部覆盖一层细小的、弯曲的导电毛发来提高传感电极的灵敏度。每根头发都将作为主电极的微观延伸，因此，如果对电极的一角施加压力，则该特定区域的头发会相应弯曲，并从皮肤中积聚离子，程度并且可以精确测量和绘制位置。

在他们的新研究中，该团队制造了薄的、内核大小的传感电极，内衬着数千根金细丝或“微柱”。他们证明了他们可以准确地测量微柱组响应各种力和压力而弯曲的程度。当他们将感应电极和控制电极放在志愿者的指尖上时，他们发现该结构非常敏感。传感器能够捕捉到人脉搏的细微相位，例如同一周期中的不同峰值。他们还可以保持准确的脉搏读数，即使佩戴传感器的人在穿过房间时挥手致意。

“脉搏是一种机械振动，也会导致皮肤变形，我们感觉不到，但柱子可以拾取，”方说。

然后，研究人员将他们新的微柱压力传感器的概念应用于高灵敏度触觉手套的设计。他们从团队购买现成的丝绸手套开始。为了制造压力传感器，他们从碳布上剪下小方块，碳布是一种由许多类似于微柱的细丝组成的纺织品。

他们通过喷洒金（一种天然导电金属）将每块布块变成感应电极。然后，他们将布电极粘在手套内层的各个部位，包括指尖和手掌，并在整个手套中穿上导电纤维，将每个电极连接到手套的手腕，研究人员将控制电极粘在手腕上。

几名志愿者轮流戴上触觉手套并执行各种任务，包括拿着气球和抓住玻璃烧杯。该团队从每个传感器收集读数，以在每项任务期间创建手套上的压力图。这些地图揭示了每项任务期间产生的不同且详细的压力模式。

该团队计划使用手套来识别其他任务的压力模式，例如用笔书写和处理其他家用物品。最终，他们设想这种触觉辅助设备可以帮助运动功能障碍患者校准和加强他们的手部灵活性和抓地力。

“一些精细的运动技能不仅需要知道如何处理物体，还需要施加多大的力，”方说。 “这款手套可以让我们更准确地测量对照组与从中风或其他神经系统疾病中恢复的患者的握力。这可以增加我们的理解并实现控制。”