什么是触觉？定义和应用

触觉一词源自希腊语“haptikos”，意思是触觉。触觉可以分为主动和被动。触觉主要与主动触摸相关联，以交流或识别物品。

它可以指涉及触摸的任何形式的交互。例如——

• 在非语言交流领域，触觉是指动物和人类通过触觉进行交流和互动的方式。
• 就感知而言，触觉的字面意思是“掌握某物”的能力。
• 在技术中，触觉是指通过向用户施加力、运动或振动来创造触摸体验。

在本文中，我们重点介绍了触觉的技术方面，包括其历史、实现和应用。让我们从基础开始：什么是触觉？

定义： 触觉是一门将触觉和控制应用于人类与计算机应用程序交互的科学。触觉设备涉及用户和计算机通过输入输出设备（例如游戏控制器和操纵杆）之间的物理接触。

触觉是如何实现的？

触觉技术可以通过两种方式实现：振动和力反馈

1.振动： 大多数电子设备通过振动提供触觉反馈。振动通常由电动机产生，该电动机由其驱动轴上的不平衡质量组成。当轴旋转时，它会旋转不规则的物体，导致附着的设备晃动。

iPhone 和 MacBook 等现代设备使用振动来提供触觉反馈。然而，它们不是电动机，而是使用磁性音圈来产生振动。质量以交互方式移动，提供更短的响应时间和精确的触觉图像。

2.力反馈： 许多设备使用电机来控制用户手持物体的移动。驾驶员辅助系统和赛车视频游戏是此类设备的最佳示例。他们旋转方向盘并推动油门或刹车来模拟驾驶真实车辆时所经历的力。

应用

最早版本的触觉技术首先用于具有错误感应负反馈系统的大型飞机。用于提供危险飞行条件的警告，以便操作员可以“感觉”并绕过看不见的障碍物。

Aura Interactor 力反馈背心 |图片来源：维基媒体

1970 年代初期，贝尔电话实验室开发了第一个触觉通信系统。二十年后，开发了具有个人触觉接口机制的可穿戴力反馈设备和系统。

如今，触觉技术有数十种应用，从机器人、医学到虚拟现实。

1.台式机和移动设备

嵌入到 iPhone 中的触觉引擎 |图片来源：iFixit

Apple 在 MacBook 系列中引入了触觉触摸板设计。 2015 年，该公司在所有 MacBook 中加入了“Force Touch”触控板，它使用 Taptic Engine 模拟点击。这种力度触控技术使用压力传感器为 Apple 设备添加了另一种输入方式。

大多数智能手机使用触觉反馈让用户知道触摸 已被接受。一些设备使用表面触觉技术，在触摸屏和其他物理表面上产生触觉效果。

此外，触觉显示设备使用触觉提供图形和文本信息。他们在帮助聋哑人或盲人方面非常有帮助。

2.电子游戏

Xbox One 控制器采用脉冲触发技术

街机游戏，例如 Fonz ，在 70 年代中期开始使用触觉反馈。到 20 世纪末，操纵杆、游戏控制器和方向盘等触觉设备已变得普遍。

如今，一些操纵杆和控制台控制器都带有内置反馈设备，包括 Microsft 的 Impulse Trigger 技术和 Sony 的 DualShock 技术。

2018 年，Razer 推出了一款名为 Nari Ultimate 的无线耳机，配备了一对宽频触觉驱动器。索尼还考虑在 PlayStation 5 控制器中加入触发控件的电阻，以实现更准确的触觉反馈。

3.汽车和航空

触觉反馈技术也已集成到安装在车辆仪表板上的大型触摸屏控制面板中。它通过提供对触摸命令的确认来提高安全性，这样驾驶员就不必将视线从道路上移开。

它还提供额外的触觉信息，例如超速驾驶时的警报振动模式。

航空业还采用触觉技术来传达飞行包线边界如何影响机动性。触觉系统使用力和刚度反馈来降低飞行员进入不安全飞行状态的风险，例如失速、超速或负载系数过高。

4.机器人

正在开发称为触觉的新机器人控制技术，以通过远程呈现来执行复杂的任务。例如，外科机器人允许医生从另一个角度进行操作，或者操作对他们的手来说太小/太紧的物品。

几项研究表明，将触觉反馈结合到机器人控制中可以提高准确性并减少组织损伤。它还可以让医生对仅存在于虚拟现实中的患者进行培训，同时获得真正的切割和缝合的感觉。

这些类型的机器人在各种情况下也会有所帮助，例如从灾难中提取人员、拆除炸弹或在不准备太空行走的情况下修理航天器仪器。

研究人员已经能够开发出一种带有 120 个微流体致动器的触觉手套，可以像触手可及的物体一样推压用户的皮肤。当安装在先进的拟人机械手上时，它可以感知人的指尖所能感觉到的一切，包括温度、力和振动。

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5.医学

全手触觉|图片来源：图像分析中心

在医疗领域，触觉界面用于介入放射学和腹腔镜检查等侵入性手术培训，以及牙科学生的培训。

图像分析中心在这个领域已经工作了十多年：他们开发了 HASP 系统，该系统将立体可视化与高保真触觉反馈相结合，能够进行骨碎片恢复的术前测试。

他们还设计了灵活的触觉雕刻工具，视觉组装的触觉对齐工具，以及具有真正3D显示的全手触觉。

6.虚拟现实 (VR)

NeoSensory 的触觉夹克

虚拟现实触觉技术通过让用户在视听感知之外通过触觉感受虚拟环境，为人工世界提供了一个额外的维度。

许多公司都推出了有趣的触觉产品，例如躯干或全身触觉套装，以提供真正身临其境的体验。

例如，迪士尼制作了一款 Force Jacket，可以模拟穿着它的人的身体体验。这是一个 5 磅重的软件控制千斤顶，带有一个阀门系统，可以为 26 个气室充气和放气。 jacked 旨在用于游戏和娱乐行业。

另一家名为 NeoSensory 的公司正在开发一种触觉夹克，让穿着者可以感受到他们擦过的墙壁、另一个虚拟角色的触摸、拥抱、雨滴、枪声，甚至是爆炸声。

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总而言之，触觉技术的未来不仅限于远程操作和模拟器。相反，它被整合到整个人类体验中。它将让越来越多的人体验到他们原本不会体验到的东西。