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編輯總結
人類本身的觸覺能夠提供多種感知，使我們了解周圍環境，包括許多僅憑視覺無法獲得的信息。這些信號來源于皮膚中豐富的感受器群。本研究開發了一種單一執行器單元，能夠施加復雜組合的動態力，包括壓力、剪切力、振動、位移和扭矩，從而實現觸覺信息傳輸和逼真的虛擬觸覺感知。作者展示了該系統在手部導航、紋理感知再現和音樂觸覺感知方面的應用，并希望該執行器能進一步用于生物醫學和擴展現實應用。——Marc S. Lavine
研究背景
觸覺能夠傳遞關鍵的環境信息，促進物體識別、操控和社交互動，并可通過刺激皮膚感受器的觸覺執行器進行工程化設計。然而，目前的觸覺界面技術尚未能以可編程的時空方式全面激活各種機械感受器，且難以覆蓋身體大面積區域。
針對這一問題，美國西北大學John A. Rogers院士團隊聯合黃永剛院士團隊在Science期刊上發表了題為“Full freedom-of-motion actuators as advanced haptic interfaces”的最新論文。他們引入了一種小型執行器技術，可向皮膚表面施加全方位、可疊加的動態力，以此刺激單類或特定組合的機械感受器。
該技術能夠實現高比特觸覺信息傳輸及逼真的虛擬觸覺感知，并通過人體感知研究，展示了其在擴展現實中的應用，包括高級手部導航、真實紋理再現以及用于音樂感知的感覺替代。
研究亮點
(1) 本研究首次開發了一種小型執行器技術，能夠施加全方位、可疊加的動態力，以刺激皮膚上的不同機械感受器，實現高比特觸覺信息傳輸和逼真的虛擬觸覺感知。
(2) 實驗通過設計單一執行器單元，使其能夠施加壓力、剪切力、振動、位移和扭矩等復雜的動態力，實現對皮膚感受器的精準激活。結果表明，該執行器可有效模擬真實的觸覺體驗。
(3) 研究人員在多項應用中驗證了該技術的可行性，包括手部導航、紋理感知再現和音樂觸覺感知。實驗顯示，該執行器可幫助用戶通過觸覺進行導航，提高交互精度；在紋理再現實驗中，用戶能夠準確區分不同的表面特征；在音樂感知實驗中，該設備能夠將音頻信號轉化為觸覺反饋，為聽障人群提供新的感知方式。
圖文解讀
圖1.具有完整FOM執行器的多感覺觸覺接口
圖2.通過實驗和仿真得到的多模態執行器的設計策略和特性
圖3.FOM執行器的感知
圖4.FOM執行器實現的手部導航系統和真實紋理感覺的再現
圖5.替代感知：音樂的觸覺感知
結論展望
本研究通過精準控制觸覺刺激，可以實現高維度的信息傳輸和逼真的虛擬觸覺體驗。這不僅突破了傳統觸覺界面技術對機械感受器的局限性，還為人機交互、神經康復和擴展現實（XR）技術提供了新的可能。首先，該小型執行器能夠施加多維動態力，實現對不同機械感受器的獨立或組合激活，從而在更大范圍內創造豐富的觸覺感知。其次，通過人類感知實驗，研究驗證了該技術在手部導航、紋理再現和音樂觸覺替代中的有效性，表明觸覺信息不僅可以增強現實感知，還可用于跨模態信息轉換。最后，這一研究拓展了觸覺工程的邊界，展示了其在生物醫學領域（如假肢反饋、觸覺替代療法）和虛擬現實領域（如沉浸式交互、遠程觸覺通信）中的潛力。未來，該技術或可進一步結合人工智能，實現更智能化和個性化的觸覺體驗，推動人機交互向更自然、高效的方向發展。
原文詳情：
Kyoung-Ho Ha et al. ,Full freedom-of-motion actuators as advanced haptic interfaces.Science387,1383-1390(2025).DOI:10.1126/science.adt2481
