什么是触觉反馈？触觉反馈的定义与应用方向

触觉反馈是一种利用振动、触摸和力反馈等感觉来传输触觉信息的技术。虚拟现实系统和现实世界技术使用触觉来增强与人类的互动。本文介绍了触觉的含义、类型和重要性。

什么是触觉反馈技术？

触觉反馈技术利用振动、触摸和力反馈等感觉来传输触觉信息。在虚拟现实系统中使用触觉反馈技术有助于增强人类与虚拟物体间的互动。

触觉反馈的目标之一是在虚拟现实系统中让人类感觉它所描绘的体验是“真实的”。一种常见的触觉技术是在游戏过程中通过手柄振动来增强沉浸感。

触觉反馈系统利用力和触觉反馈两种方式使用户和计算机之间能够相互交互。力反馈可模拟被虚拟化对象的某些物理特征，例如压力和重量。而触觉反馈则能更清晰的描绘虚拟对象的纹理（例如，平滑度或粗糙度）。

触觉反馈系统是如何工作的？

在我们深入研究这项技术的工作原理之前，让我们首先了解一下人类皮肤的作用。这个复杂的器官充满了触觉感受器和神经末梢，我们统一称之为体感系统。该系统将热、冷、疼痛和人类感受到的其他感觉信息传输至大脑。

触摸感受器通过向最近的神经元传递信号来传递感觉，然后神经元向下一个最近的神经元发出信号，直到大脑接收到信号。然后大脑决定对感觉的反应。整个过程只需不到一秒钟。

正如音频和图形会刺激我们的听觉和视觉以此传递信息。同样，触觉将刺激我们的体感系统传递信息并能够提供背景信息。例如，当用户按住 Apple iPhone 应用程序托盘上的应用程序图标时，他们的手指会感受到“拉”的感觉。 iPhone 的触觉电机会生成这种触觉，以传达该应用程序已准备好移动、删除或分类。

触觉系统的振动、力和其他运动是使用不同的方法机械地产生的。最常见的方法是偏心旋转质量 （ERM） 执行器。 ERM 的快速旋转会导致由重量不稳定所产生的力的不稳定，从而产生触觉振动反馈。

线性谐振执行器（LRA）是创建触觉反馈的另一种方法。在此方法中，与弹簧连接的磁体被线圈束缚并使用外层固定。线圈通过电磁激励来驱动磁体振动，从而产生触觉反馈效果。

除了LRA和ERM之外，其他新兴技术也被用来以更容易获得和更现实的方式提供触觉反馈。专家将触觉技术用于教学、培训、娱乐和机器人远程动手操作等功能。

触觉反馈的应用领域

触觉技术在多个行业中发挥着重要作用。以下是触觉的日常用例。

1.元宇宙

“元宇宙”一词经常出现在科技新闻中。这个概念越来越受欢迎，各个垂直行业的公司都在为它彻底改变我们的生活做好准备。触觉反馈预计将成为该领域最常用的技术之一。

元宇宙的最终目标是在与现实世界几乎无法区分的虚拟环境中复制现实。当然，这需要沉浸在所有人类感觉中，而不仅仅是视觉和声音。高效的触觉对于科技行业这一集体愿景的成功至关重要。

让我们看看 Meta（可以说是虚拟宇宙领域最著名的参与者）如何定位其对触觉的使用。 Facebook公司于2021年10月宣布进行品牌重塑；然而，它在此之前很久就已经涉及沉浸式技术了。

Meta在2014年以20亿美元收购Oculus，实现了触觉优势的第一次重大飞跃。从那时起，该公司一直在收购新的增强现实 （AR） 和虚拟现实 （VR） IP，并投资构建自己的解决方案。早在 2019 年，人们就开始谈论触觉技术。

Facebook Reality Labs（之前称为 Oculus Labs）在沉浸式解决方案研究方面取得了可喜的进展。例如，最近推出的支持触觉的设备旨在减少游戏期间的输入延迟。

触觉也是用户与虚拟世界进行真实、自由交互的自然选择。借助触觉技术，“笨重”的用户行为（例如点击触摸屏或按下手持遥控器上的按钮）被无缝缩放、捏合、推动、触摸、拖动和其他面向对象的交互所取代。

实现这些交互的装备（最有可能是手套）将不仅仅由触觉提供动力。它们还将包括肌电图 （EMG），用于将传输人类思想的电信号转换为计算机可以读取的输入。

触觉在虚拟宇宙中如何发挥作用？每次用户提供输入时，他们都会收到反馈或反应。例如，用户在虚拟宇宙中推动物体可以“感觉到”它的阻力和重量。如果将一块石头扔过虚拟池塘，用户会感觉到它离开了手指。这就是触觉的魔力！

2. 太空探索

虚拟宇宙并不是触觉技术掀起波澜的唯一环境。该技术也已进入太空，地勤人员和宇航员将其用于各种应用，包括太空探索。

例如，触觉在欧洲航天局的 METERON 项目中发挥着至关重要的作用。该项目重点开发机器人接口、通信网络以及相关硬件和软件，以在太空中远程控制机器人。

航天机构还可以利用触觉技术，使用由地球上的人类控制的机器人在其他行星或卫星上建造基础设施。今天，这听起来可能是雄心勃勃的。然而，航天机构已经在现有的航天相关应用中采用了复杂的触觉技术。进一步的发展是很自然的。

3. 航空

在航空领域，触觉反馈的应用使机组人员能够快速了解操作问题。例如，转向设备融入了触觉技术，可以在飞行员进入危险的飞行条件时通知他们。

即使没有迫在眉睫的危险，航空业也会利用触觉反馈来提高飞行员的整体态势感知能力，并通知他们飞机的状况。例如，触觉反馈为飞行员提供有关飞行控制的信息，并帮助安全、经济地管理飞行状态。

触觉技术也是有助于确保遵守飞行包线保护措施的解决方案之一。触觉执行器安装在驾驶舱内和控制器之间的各种组件上。它们与飞行员的身体进行物理交互，并快速有效地传输必要的信息。

触觉反馈不仅在实时飞行中发挥作用，还用于在飞行模拟过程中传递真实的感觉。这使得飞行学员能够体验到他们只有在现实生活中才会遇到的事件。例如，可以使用支持触觉的模拟器来模拟下雨、暴风雨和发动机受损时的意外情况。

4. 汽车设计

触觉技术的应用还将扩大驾驶员与车辆之间的通信并增强车辆的总体可用性。触觉组件可以直接插入各种车辆用户界面（UI）部件，包括方向盘、踏板、安全带、仪表板和座椅。

然后，这些触觉界面将被用于向驾驶员提供力或触摸反馈。例如，如果行人可能在他们面前过马路，振动座椅则可以通知驾驶员前方路面情况。

5. 机器人远程操作

远程操作员依靠触觉接收来自远程机器人工具的关键反馈。在某些情况下，操作员会实时收到机器人所受到的力的通知。这使他们能够精确地执行任务。例如，机器人定期管理有毒物质并拆除爆炸物。

6. 医疗保健

触觉反馈设备在现代医疗保健的多个方面发挥着至关重要的作用。以微创手术为例。在这里，专用腹腔镜工具的控制装置配备了力和触觉反馈，使医生能够远程准确地检查组织并诊断异常情况。

触觉反馈设备还使外科医生能够更好地控制机器人驱动的医疗程序。手术机器人使医生能够在人手无法操作的狭小空间中进行手术，使用小型工具，甚至位于全球范围的任意国家进行手术。在手术机器人远程操作中添加触觉反馈可以提高准确性并最大限度地缩短手术时间。组织损伤的风险也显着降低。

此外，触觉反馈设备在培训医生方面也发挥着重要作用。例如，医学生可以在虚拟患者身上进行练习，获得实际切口和缝合的“感觉”，而不会危及他人的健康。牙科模拟器是这项技术实际应用的另一个例子——牙科学生可以在虚拟现实中钻牙和切割牙龈，并通过触觉模拟现实世界的感觉和结果。

7. 娱乐

购物中心和主题公园中的电影院座椅和沉浸式游戏设备由触觉设备驱动，可模拟爆炸、天气影响以及其他环境和人类条件。游戏手柄、操纵杆、喷气式座椅和方向盘等控制器使用电触觉或力反馈向游戏玩家传输物理感觉。

这还不是全部！除了游戏控制器和VR头显之外，触觉还可以覆盖家庭用户。例如，任何人都可以在网上购买的触觉驱动背心一旦穿上，就会向人体的不同部位传递低频。背心与兼容的家庭娱乐设备相结合，可增强消费视频游戏和电影等媒体时的体验。

总结

如今在市场中存在多种触觉配置，每种配置都有一组特定的用例。触觉技术已经触及各行各业的消费者，并且预计只会随着元宇宙的快速普及而扩大。但这远不是触觉技术的唯一应用方向。该技术还以各种形式应用于医疗、娱乐、汽车和许多其他领域~