什么是觸覺反饋？觸覺反饋的類型與應(yīng)用
在虛擬現(xiàn)實環(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)備通常會影響我們的視覺和聽覺。然而,，完整的人類感官體驗并不局限于這兩種感覺,，而是由五種基本感官（視覺、聽覺,、觸覺,、嗅覺、味覺）構(gòu)成,。對大多數(shù)人來說,，感知現(xiàn)實的主要感官是視覺和聽覺。根據(jù)最新消息心理學(xué)研究這兩者涵蓋了人類90%的日常感覺,。而第三名是觸覺,，大約占10%。數(shù)字可能因人而異,，但我們不能否認(rèn)觸覺對人類感知體驗同樣重要,。每天我們都與大量的電子設(shè)備互動，其中一些我們隨身攜帶（如筆記本電腦或手機）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到,，而且能夠真切地讓我們感受虛擬現(xiàn)實,。這也正是觸覺技術(shù)發(fā)揮作用的地方。
什么是觸覺反饋技術(shù),？
簡單地說,，觸覺反饋技術(shù)，允許人們通過施加力,、振動或觸摸,，接收觸覺信息。通過觸覺模擬與虛擬系統(tǒng)中的對象進(jìn)行交互,，以達(dá)到觸摸真實物體的感覺,。
TESLASUIT電觸覺反饋
手機產(chǎn)生的振動經(jīng)常被描述為觸覺反饋技術(shù)的一個例子。但這只是觸覺反饋發(fā)揮作用的一個非常簡單的例子,。觸覺反饋技術(shù)支持用戶通過接收觸覺和力反饋來與基于計算機開發(fā)的電子設(shè)備進(jìn)行交互,。用戶接受到的觸覺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)過計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,。
觸覺反饋類型
五種主要類型的觸覺反饋技術(shù)是分別是力反饋,、振動觸覺反饋、電觸覺反饋,、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型,。
這是最先出現(xiàn)的觸覺反饋技術(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現(xiàn)得最好的,。
力反饋通過我們的皮膚刺激韌帶和肌肉最終進(jìn)入肌肉骨骼系統(tǒng),，而任何其他類型的觸覺反饋影響的都是皮膚受體的頂層（稱為經(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)到模擬觸覺效果,。
相比之下，力設(shè)備大多很大（以動力外骨骼為例）,。這些設(shè)備可以與人一起運動,，并對身體的大部分區(qū)域產(chǎn)生影響，例如手臂或腿,。這些裝置要復(fù)雜得多,，因為它們被設(shè)計成既能向身體部位施加力，又能給人提供足夠的運動自由度,。
人體部位仿真力反饋裝置有兩種類型:仿生和非仿生,。仿生設(shè)備可以像人的肢體一樣移動，并且在形狀上與它們相似,。這種設(shè)備很難開發(fā),，因為理想情況下，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（根據(jù)所施加功率的方向）包括電阻式和主動式力反饋設(shè)備,。阻力裝置可通過制動功能限制使用者的運動,。主動式力反饋設(shè)備通過電機限制用戶的運動或在空間中移動身體。主動式力反饋設(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式設(shè)備的力更大,，并且更難控制。
振動觸覺反饋
振動觸覺反饋是目前最常見的觸覺反饋類型,。振動刺激器對人體皮膚的特定感受器施加壓力,。這些感受器類似于“洋蔥”層的結(jié)構(gòu)，可以接受高達(dá)1000赫茲的振動,。普通人的語音頻率從80到250赫茲不等,，所以我們的皮膚實際上可以感覺到聲音,。
顯微鏡下的圓形層狀人體皮膚細(xì)胞
來源:亨利·格雷（1918）人體解剖學(xué)；Bartleby.com《實習(xí)醫(yī)生格蕾》第935版
電觸覺反饋
電觸覺刺激器通過施加電脈沖來影響受體和神經(jīng)末梢,。通過電脈沖,，用戶可以接收到范圍廣泛的觸覺，這是任何其他電流反饋系統(tǒng)都無法再現(xiàn)的,。這種類型的反饋有多種形式,，取決于傳遞給皮膚的刺激的強度和頻率。感覺也將根據(jù)電流,、電壓,、材料、波形,、電極尺寸,、接觸力、水合作用和皮膚類型而變化,。
TESLASUIT觸覺反饋全身套裝,，“第二皮膚”裝置引入了電觸覺反饋技術(shù)
與振動觸覺或力反饋相比，電觸覺反饋系統(tǒng)的主要優(yōu)點是沒有機械或可移動部件,。電神經(jīng)刺激的另一個好處是電極可以組裝成緊湊的陣列并用于實現(xiàn)電觸覺顯示,。
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,，電信號是神經(jīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此這種類型的觸覺反饋最適合于產(chǎn)生和模擬現(xiàn)實世界的中的觸覺,。
超聲觸覺反饋
超聲波是一種高頻聲波,。是由一個或多個超聲波發(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,。這種傳播原理叫做“聲學(xué)時間反轉(zhuǎn)”。
超聲波觸覺反饋（可視化）
為了確保對更大區(qū)域的影響,，有必要形成一個觸覺反饋場,。一個發(fā)射器本身可能不夠強大，所以需要同時使用多個發(fā)射器,。超聲波產(chǎn)生湍流,，人類可以通過皮膚感覺到這種微弱的力反饋。
超聲波技術(shù)的主要優(yōu)點是用戶不需要佩戴任何配件即可獲得力反饋效果,。缺點則是這種觸覺反饋非常昂貴,，并且通常比以前認(rèn)為的振動觸覺或電觸覺反饋更不易察覺（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,。最常見的是,，熱電二極管（基于珀爾帖效應(yīng)）。
值得注意的是,，與觸覺交流不同,，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,。
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,。它只能從一個地方移到另一個地方,。此外，整個過程應(yīng)很快完成,，以提供真實的感覺,。所以，使用熱反饋的觸覺服需要相當(dāng)多的能量,。
觸覺反饋的實際應(yīng)用
根據(jù)上文,，我們很容易得出結(jié)論，觸覺反饋功能在不同的實際領(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,。讓我們來看看一些最常見的情況。
汽車和航空
交通工具有許多不同的點,，在這些點上可以充分發(fā)揮觸覺反饋的優(yōu)勢,。
例如，在汽車行業(yè)中觸覺反饋技術(shù)可以被用于傳達(dá)信息的多樣性：如,，空間信號,、警告、通信,、編碼信息和其他一般數(shù)據(jù),。為了實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，觸覺反饋可以直接引入不同的汽車部件,，如方向盤,、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，觸覺反饋效果的目的與汽車行業(yè)的情況基本相同,，能夠為飛行員提供有關(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腹腔鏡工具對人體組織進(jìn)行觸覺或力反饋，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)，因此整個過程對患者來說更安全,。
牙科醫(yī)生可以使用醫(yī)學(xué)教育特定的虛擬現(xiàn)實模型來使用觸覺反饋,，從而為其提供更真實的醫(yī)療操作感。
手術(shù)模擬中的觸覺反饋
計算機和移動設(shè)備
我們每天都在與臺式電腦,、筆記本電腦,、平板電腦、手機等設(shè)備進(jìn)行互動,。在指定的設(shè)備中結(jié)合觸覺反饋以及對不同用戶動作的相關(guān)反應(yīng)可以帶來更好的用戶體驗,，從而獲得更高的客戶滿意度。
公共技術(shù)領(lǐng)域中觸覺反饋的著名案例是蘋果產(chǎn)品,。從2015年開始,，最新的MacBooks的觸控板和iPhones的屏幕都加入了Taptic引擎專利以產(chǎn)生強制觸摸和3D觸控感，IOS系統(tǒng)會對用戶執(zhí)行的不同動作提供不同反應(yīng),，以創(chuàng)建獨特,、完美的用戶體驗。
游戲和娛樂
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領(lǐng)域接受測試,，因為這一領(lǐng)域充斥著大量利潤,，同時也推動了技術(shù)的進(jìn)步。各種類型的觸覺反饋也不例外,。
近些年沉浸式互動數(shù)字景點的數(shù)量呈爆炸性增長,，遍布商場和主題公園，這其中也包含高質(zhì)量的觸覺反饋與力反饋技術(shù)的應(yīng)用,，對于普通游客這種“神奇”的力反饋效果往往更加能夠吸引他們的注意,。
當(dāng)然，從觸覺技術(shù)出現(xiàn)的那一刻起，就已經(jīng)運用到游戲中了,。通過利用操縱桿,、游戲手柄、方向盤,、帶力或電觸覺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,，這讓在屏幕或VR畫面中的游戲更加真實。通過使用不同參數(shù)的電信號,，觸覺設(shè)備可以再現(xiàn)射擊武器的后坐力,、方向盤阻力、子彈擊中效果,、雨或沙塵暴天氣等多種效果?，F(xiàn)代的游戲主機控制器如索尼Playstation 5控制手柄和任天堂Switch都使用觸覺反饋技術(shù)來豐富玩家的游戲體驗。
TESLASUIT
TESLASUIT的全身觸覺反饋系統(tǒng)使用肌肉電刺激（EMS）和經(jīng)皮電神經(jīng)刺激（TENS）來模擬一系列現(xiàn)實生活中的感受和感覺,。TESLASUIT可以根據(jù)平板屏幕或沉浸式虛擬現(xiàn)實設(shè)備（VR/AR頭戴式顯示器）上體驗的視覺模擬提供相應(yīng)的物理觸覺反饋,。
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