在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，我們可以使用多種便攜式設(shè)備與其進(jìn)行交互，這些設(shè)備通常會(huì)影響我們的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。然而，完整的人類(lèi)感官體驗(yàn)并不局限于這兩種感覺(jué)，而是由五種基本感官（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)）構(gòu)成。對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，感知現(xiàn)實(shí)的主要感官是視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。根據(jù)最新消息心理學(xué)研究這兩者涵蓋了人類(lèi)90%的日常感覺(jué)。而第三名是觸覺(jué)，大約占10%。數(shù)字可能因人而異，但我們不能否認(rèn)觸覺(jué)對(duì)人類(lèi)感知體驗(yàn)同樣重要。每天我們都與大量的電子設(shè)備互動(dòng)，其中一些我們隨身攜帶（如筆記本電腦或手機(jī)）其他的一些則是可穿戴的（比如智能手表、腕帶、服裝等）。這些電子設(shè)備不僅使我們能夠看到或聽(tīng)到，而且能夠真切地讓我們感受虛擬現(xiàn)實(shí)。這也正是觸覺(jué)技術(shù)發(fā)揮作用的地方。

什么是觸覺(jué)反饋技術(shù)？

簡(jiǎn)單地說(shuō)，觸覺(jué)反饋技術(shù)，允許人們通過(guò)施加力、振動(dòng)或觸摸，接收觸覺(jué)信息。通過(guò)觸覺(jué)模擬與虛擬系統(tǒng)中的對(duì)象進(jìn)行交互，以達(dá)到觸摸真實(shí)物體的感覺(jué)。

TESLASUIT電觸覺(jué)反饋

手機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)常被描述為觸覺(jué)反饋技術(shù)的一個(gè)例子。但這只是觸覺(jué)反饋發(fā)揮作用的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子。觸覺(jué)反饋技術(shù)支持用戶(hù)通過(guò)接收觸覺(jué)和力反饋來(lái)與基于計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的電子設(shè)備進(jìn)行交互。用戶(hù)接受到的觸覺(jué)可以讓我們知道物體的紋理和材質(zhì)是什么（例如粗糙或光滑）。而經(jīng)過(guò)計(jì)算得出的力反饋則可以模擬物體的一些物理屬性，如重量或壓力。

觸覺(jué)反饋類(lèi)型

五種主要類(lèi)型的觸覺(jué)反饋技術(shù)是分別是力反饋、振動(dòng)觸覺(jué)反饋、電觸覺(jué)反饋、超聲波以及熱量反饋。

下面我們將詳細(xì)為大家介紹每一種反饋類(lèi)型。

力反饋

這是最先出現(xiàn)的觸覺(jué)反饋技術(shù)（始于20世紀(jì)60年代末）。因此，它是迄今為止在不同應(yīng)用程序中被研究得最多和實(shí)現(xiàn)得最好的。

力反饋通過(guò)我們的皮膚刺激韌帶和肌肉最終進(jìn)入肌肉骨骼系統(tǒng)，而任何其他類(lèi)型的觸覺(jué)反饋影響的都是皮膚受體的頂層（稱(chēng)為經(jīng)皮電神經(jīng)刺激—TENS）。緊貼皮膚的裝置（包括皮膚的外層）非常緊湊，并且在人身體的小區(qū)域上施加針壓以達(dá)到模擬觸覺(jué)效果。

相比之下，力設(shè)備大多很大（以動(dòng)力外骨骼為例）。這些設(shè)備可以與人一起運(yùn)動(dòng)，并對(duì)身體的大部分區(qū)域產(chǎn)生影響，例如手臂或腿。這些裝置要復(fù)雜得多，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)成既能向身體部位施加力，又能給人提供足夠的運(yùn)動(dòng)自由度。

人體部位仿真力反饋裝置有兩種類(lèi)型:仿生和非仿生。仿生設(shè)備可以像人的肢體一樣移動(dòng)，并且在形狀上與它們相似。這種設(shè)備很難開(kāi)發(fā)，因?yàn)槔硐肭闆r下，它們應(yīng)該具有人體的功能，并且適合不同的人。非仿生設(shè)備可能與人體結(jié)構(gòu)有很大不同。

力反饋設(shè)備的另一種分類(lèi)（根據(jù)所施加功率的方向）包括電阻式和主動(dòng)式力反饋設(shè)備。阻力裝置可通過(guò)制動(dòng)功能限制使用者的運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)式力反饋設(shè)備通過(guò)電機(jī)限制用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)或在空間中移動(dòng)身體。主動(dòng)式力反饋設(shè)備可以模擬更大范圍的交互，但其所施加的力通常需要比被動(dòng)式設(shè)備的力更大，并且更難控制。

振動(dòng)觸覺(jué)反饋

振動(dòng)觸覺(jué)反饋是目前最常見(jiàn)的觸覺(jué)反饋類(lèi)型。振動(dòng)刺激器對(duì)人體皮膚的特定感受器施加壓力。這些感受器類(lèi)似于“洋蔥”層的結(jié)構(gòu)，可以接受高達(dá)1000赫茲的振動(dòng)。普通人的語(yǔ)音頻率從80到250赫茲不等，所以我們的皮膚實(shí)際上可以感覺(jué)到聲音。

顯微鏡下的圓形層狀人體皮膚細(xì)胞

來(lái)源:亨利·格雷（1918）人體解剖學(xué)；Bartleby.com《實(shí)習(xí)醫(yī)生格蕾》第935版

電觸覺(jué)反饋

電觸覺(jué)刺激器通過(guò)施加電脈沖來(lái)影響受體和神經(jīng)末梢。通過(guò)電脈沖，用戶(hù)可以接收到范圍廣泛的觸覺(jué)，這是任何其他電流反饋系統(tǒng)都無(wú)法再現(xiàn)的。這種類(lèi)型的反饋有多種形式，取決于傳遞給皮膚的刺激的強(qiáng)度和頻率。感覺(jué)也將根據(jù)電流、電壓、材料、波形、電極尺寸、接觸力、水合作用和皮膚類(lèi)型而變化。

TESLASUIT觸覺(jué)反饋全身套裝，“第二皮膚”裝置引入了電觸覺(jué)反饋技術(shù)

與振動(dòng)觸覺(jué)或力反饋相比，電觸覺(jué)反饋系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有機(jī)械或可移動(dòng)部件。電神經(jīng)刺激的另一個(gè)好處是電極可以組裝成緊湊的陣列并用于實(shí)現(xiàn)電觸覺(jué)顯示。

肌肉電刺激（EMS）技術(shù)在醫(yī)學(xué)上已經(jīng)使用了30多年，這已經(jīng)證明了它的安全性。此外，電信號(hào)是神經(jīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此這種類(lèi)型的觸覺(jué)反饋?zhàn)钸m合于產(chǎn)生和模擬現(xiàn)實(shí)世界的中的觸覺(jué)。

超聲觸覺(jué)反饋

超聲波是一種高頻聲波。是由一個(gè)或多個(gè)超聲波發(fā)射器所產(chǎn)生的細(xì)微的力反饋。在這種設(shè)備中，位于身體一部分的發(fā)射器向另一部分發(fā)送信號(hào)。這種傳播原理叫做“聲學(xué)時(shí)間反轉(zhuǎn)”。

超聲波觸覺(jué)反饋（可視化）

為了確保對(duì)更大區(qū)域的影響，有必要形成一個(gè)觸覺(jué)反饋場(chǎng)。一個(gè)發(fā)射器本身可能不夠強(qiáng)大，所以需要同時(shí)使用多個(gè)發(fā)射器。超聲波產(chǎn)生湍流，人類(lèi)可以通過(guò)皮膚感覺(jué)到這種微弱的力反饋。

超聲波技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是用戶(hù)不需要佩戴任何配件即可獲得力反饋效果。缺點(diǎn)則是這種觸覺(jué)反饋非常昂貴，并且通常比以前認(rèn)為的振動(dòng)觸覺(jué)或電觸覺(jué)反饋更不易察覺(jué)（反饋力很小）。

熱反饋

形成熱反饋執(zhí)行器網(wǎng)格與皮膚直接接觸。最常見(jiàn)的是，熱電二極管（基于珀?duì)柼?yīng)）。

值得注意的是，與觸覺(jué)交流不同，人體不能很好地定義熱刺激的位置。因此，在許多執(zhí)行器中不需要產(chǎn)生熱或冷反饋，并且它們不需要彼此靠近進(jìn)行定位。因此，在某種程度上，熱反饋裝置甚至更容易設(shè)計(jì)。

TESLASUIT的溫度控制

然而，由于能量守恒定律，熱量不可能憑空而來(lái)。它只能從一個(gè)地方移到另一個(gè)地方。此外，整個(gè)過(guò)程應(yīng)很快完成，以提供真實(shí)的感覺(jué)。所以，使用熱反饋的觸覺(jué)服需要相當(dāng)多的能量。

觸覺(jué)反饋的實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)上文，我們很容易得出結(jié)論，觸覺(jué)反饋功能在不同的實(shí)際領(lǐng)域擁有大量的應(yīng)用，從醫(yī)學(xué)和工業(yè)培訓(xùn)到游戲和娛樂(lè)。讓我們來(lái)看看一些最常見(jiàn)的情況。

汽車(chē)和航空

交通工具有許多不同的點(diǎn)，在這些點(diǎn)上可以充分發(fā)揮觸覺(jué)反饋的優(yōu)勢(shì)。

例如，在汽車(chē)行業(yè)中觸覺(jué)反饋技術(shù)可以被用于傳達(dá)信息的多樣性：如，空間信號(hào)、警告、通信、編碼信息和其他一般數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，觸覺(jué)反饋可以直接引入不同的汽車(chē)部件，如方向盤(pán)、安全帶、踏板、座椅、儀表板或駕駛員的服裝等。

談到航空領(lǐng)域，觸覺(jué)反饋效果的目的與汽車(chē)行業(yè)的情況基本相同，能夠?yàn)轱w行員提供有關(guān)飛行控制的必要信息，能夠保障飛行員的安全和飛行狀態(tài)。同樣，觸覺(jué)反饋執(zhí)行器可以安裝在駕駛艙和控制器內(nèi)的不同組件上，與飛行員的身體部位進(jìn)行物理交互。

醫(yī)學(xué)和牙科

醫(yī)學(xué)是觸覺(jué)反饋迄今為止最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。例如，微創(chuàng)手術(shù)（MIS）可以利用特制的自動(dòng)腹腔鏡工具對(duì)人體組織進(jìn)行觸覺(jué)或力反饋，以診斷它們是否正常。與傳統(tǒng)的研究和手術(shù)方法相比，外科醫(yī)生將有更多的控制權(quán)，因此整個(gè)過(guò)程對(duì)患者來(lái)說(shuō)更安全。

牙科醫(yī)生可以使用醫(yī)學(xué)教育特定的虛擬現(xiàn)實(shí)模型來(lái)使用觸覺(jué)反饋，從而為其提供更真實(shí)的醫(yī)療操作感。

手術(shù)模擬中的觸覺(jué)反饋

計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備

我們每天都在與臺(tái)式電腦、筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)。在指定的設(shè)備中結(jié)合觸覺(jué)反饋以及對(duì)不同用戶(hù)動(dòng)作的相關(guān)反應(yīng)可以帶來(lái)更好的用戶(hù)體驗(yàn)，從而獲得更高的客戶(hù)滿(mǎn)意度。

公共技術(shù)領(lǐng)域中觸覺(jué)反饋的著名案例是蘋(píng)果產(chǎn)品。從2015年開(kāi)始，最新的MacBooks的觸控板和iPhones的屏幕都加入了Taptic引擎專(zhuān)利以產(chǎn)生強(qiáng)制觸摸和3D觸控感，IOS系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶(hù)執(zhí)行的不同動(dòng)作提供不同反應(yīng)，以創(chuàng)建獨(dú)特、完美的用戶(hù)體驗(yàn)。

游戲和娛樂(lè)

幾乎任何吸引人的新技術(shù)都不可避免地要在游戲和娛樂(lè)領(lǐng)域接受測(cè)試，因?yàn)檫@一領(lǐng)域充斥著大量利潤(rùn)，同時(shí)也推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步。各種類(lèi)型的觸覺(jué)反饋也不例外。

近些年沉浸式互動(dòng)數(shù)字景點(diǎn)的數(shù)量呈爆炸性增長(zhǎng)，遍布商場(chǎng)和主題公園，這其中也包含高質(zhì)量的觸覺(jué)反饋與力反饋技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于普通游客這種“神奇”的力反饋效果往往更加能夠吸引他們的注意。

當(dāng)然，從觸覺(jué)技術(shù)出現(xiàn)的那一刻起，就已經(jīng)運(yùn)用到游戲中了。通過(guò)利用操縱桿、游戲手柄、方向盤(pán)、帶力或電觸覺(jué)反饋的噴氣座椅等控制器可以向玩家傳遞的各種物理感覺(jué)，這讓在屏幕或VR畫(huà)面中的游戲更加真實(shí)。通過(guò)使用不同參數(shù)的電信號(hào)，觸覺(jué)設(shè)備可以再現(xiàn)射擊武器的后坐力、方向盤(pán)阻力、子彈擊中效果、雨或沙塵暴天氣等多種效果。現(xiàn)代的游戲主機(jī)控制器如索尼Playstation 5控制手柄和任天堂Switch都使用觸覺(jué)反饋技術(shù)來(lái)豐富玩家的游戲體驗(yàn)。

TESLASUIT

TESLASUIT的全身觸覺(jué)反饋系統(tǒng)使用肌肉電刺激（EMS）和經(jīng)皮電神經(jīng)刺激（TENS）來(lái)模擬一系列現(xiàn)實(shí)生活中的感受和感覺(jué)。TESLASUIT可以根據(jù)平板屏幕或沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（VR/AR頭戴式顯示器）上體驗(yàn)的視覺(jué)模擬提供相應(yīng)的物理觸覺(jué)反饋。