Nature Electronics | 柔性皮肤安装触觉接口：卡内基梅隆大学发布皮肤上的“第二感官”，让虚拟世界触手可及

长久以来，触觉反馈技术一直是个“笨拙的巨人”。为了让我们感受到虚拟的触摸，工程师们尝试了振动马达、气泵、电磁铁等各种方案，但这些设备往往体积庞大、结构僵硬，佩戴起来就像给手指套上了笨重的“枷锁” ，严重牺牲了用户的舒适度和灵活性。

“我们希望创造一种用户几乎感觉不到其存在的设备，同时又能提供前所未有细腻的触感，”该研究的作者之一 Carmel Majidi 教授在论文中提到。

为此，研究团队另辟蹊径，将目光投向了形状记忆合金（SMA）——一种通电受热后会恢复到“记忆”中形状的神奇金属。他们利用激光微加工技术，将仅0.1毫米厚的镍钛合金薄片雕刻成精巧的“蛇形结构”。这种设计是整个系统的核心，它如同微型的人工肌肉，能在极小的空间内产生强劲而精确的收缩运动。

四个这样的“蛇形肌肉”被巧妙地集成在一个3D打印的柔性指套中，共同控制中心一个微小的触点。当电流依次流过不同的“肌肉”时，这个触点便能在你的指尖皮肤上实现推、拉、滑动甚至画圈等一系列复杂动作。

图1：皮肤安装 SMA 手指触觉接口

这款设备最令人惊艳的，是它丰富的“触觉词汇库”。通过编程控制，它能组合出11种截然不同的触觉模式，包括四个正方向、四个斜方向的“滑动感”，顺时针和逆时针的“旋转摩擦感”，以及一种垂直的“按压感”。

这意味着，它传递的信息不再是“有”或“无”的简单振动，而是带有方向、轨迹和模式的复杂信号。在VR游戏中，它可以模拟抚摸不同材质表面的纹理感；在远程手术中，它可以让医生感受到器械末端的精微阻力；而在日常生活中，它能成为一种全新的、无声的通信语言。

研究团队展示了该设备颠覆性的应用潜力。在VR演示中，当用户的手指接触到虚拟物体时，无线控制系统会瞬间触发指套，产生逼真的触碰感，让虚拟交互的沉浸感倍增。

图2：VR中手指安装触觉界面的部署

更具想象力的是，它在现实世界中的应用。在一个实验中，研究人员将该设备与摄像头同步，创建了一个“挂画辅助系统”。用户只需看着屏幕上的目标位置，指尖的触觉反馈就会实时引导他们移动手中的画框，直到完全对准。

图3：实际应用中日常活动的触觉界面

而最温暖人心的应用，莫过于为视障人士打造的“触觉眼睛”。在模拟测试中，一位蒙着眼睛的参与者被要求从桌上拿起一个橘子。通过摄像头和YOLOv5物体识别算法的辅助，系统将橘子相对于手掌的位置信息，实时转化为指尖上的方向指令（如“向右滑动”代表手需要向右移动）。在触觉的引导下，参与者轻松而准确地找到了目标物体。

图4：视障用户的物体检测应用

该研究领域的其他前沿探索也致力于将触觉反馈融入更轻便、更多样的可穿戴设备中。例如，一些研究团队开发了基于流体驱动的软体机器人手套，通过精确控制手套内微小气囊的充放气，来模拟抓握物体时的压力和质感。另一些技术则利用电磁原理，通过微型线圈阵列产生可控的磁力，从而在皮肤上产生多维度的推拉感，但这类设备有时会受外界磁场影响。此外，还有利用压电材料的高频振动来模拟不同纹理的摩擦感，以及将大量微型驱动器集成到柔性基底上，形成可覆盖大面积皮肤的“触觉显示器”的无线设备。这些技术路径各有优势，但通常在反馈模式的丰富性、设备的柔韧舒适度或系统的集成复杂度上仍面临挑战，这也进一步凸显了本次研究中基于蛇形形状记忆合金方案的综合优势和创新性。

这项工作不仅为AR/VR带来了更真实的沉浸感，更为辅助技术、人机交互和未来的元宇宙开辟了全新的可能性。它证明了，最先进的科技，最终将以最轻柔、最无形的方式，融入我们的生活。