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斯坦福工程學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種輕便舒適的針織袖套，利用基于壓力的觸覺來模擬觸覺，為可穿戴設(shè)備開辟了新的可能性。相關(guān)研究工作以“Haptiknit: Distributed stiffness knitting for wearable haptics”為題發(fā)表于《Science Robotics》。

可穿戴觸覺設(shè)備提供基于觸摸的反饋，在虛擬現(xiàn)實中提供更身臨其境的體驗，幫助康復(fù)，并為無聲交流創(chuàng)造新的可能性。大多數(shù)當(dāng)前設(shè)備依賴于振動，因為基于壓力的觸覺通常需要用戶佩戴笨重的外骨骼或結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在，斯坦福工程學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種舒適、靈活的針織袖套，稱為 Haptiknit，可提供逼真的基于壓力的觸覺反饋。他們的設(shè)計于 12 月 18 日發(fā)表在《科學(xué)機器人》雜志上，表明在某些應(yīng)用中，壓力可能比振動更有效，并標(biāo)志著一種新型觸覺設(shè)備的開始。

Haptiknit系統(tǒng)概述

本研究資深作者，斯坦福大學(xué) Richard W. Weiland 教授說：“他們的設(shè)計表明，在某些應(yīng)用中，壓力可能比振動更有效，這標(biāo)志著邁向新型觸覺設(shè)備的第一步。這種設(shè)備更輕便、更耐磨、更舒適?！?/p>

使用拓撲變化和粘合纖維來改變剛度

Okamura 和她的團隊設(shè)計了一個使用壓力致動器的電池供電氣動系統(tǒng)，壓力致動器是一種可以快速充滿空氣的小型充氣袋。然而，他們需要一種方法來將這些袋子固定在皮膚上，而不依賴于笨重的外骨骼。

Du Pasquier 的愛好是做衣服，他意識到針織面料可能是解決方案。研究人員設(shè)計了一種柔軟的織物，在某些區(qū)域會變得堅硬，以便將壓力執(zhí)行器固定在皮膚上，而在其他區(qū)域則保持柔韌性，以便活動和舒適。

他們與麻省理工學(xué)院自組裝實驗室合作，使用針織機生產(chǎn)了 Haptiknit 原型，該原型具有可容納兩排八個執(zhí)行器的空間。套管主要由尼龍和棉制成，執(zhí)行器背襯區(qū)域加入了熱塑性纖維。編織完成后，研究人員加熱熔化熱塑性纖維，使其變硬，使這些區(qū)域變硬。

“軟體機器人領(lǐng)域的一個挑戰(zhàn)是如何將硬物和軟物粘合在一起——它們往往會分層。但將這些纖維放入針織物中，就可以實現(xiàn)從硬部分到軟部分的完全無縫過渡，因為它是一種連續(xù)的織物，”O(jiān)kamura 補充道。

Haptiknit的潛在應(yīng)用

研究人員讓 32 名用戶測試了 Haptiknit 原型，發(fā)現(xiàn)參與者能夠更準(zhǔn)確地識別壓力執(zhí)行器上的單個觸摸的位置，而不是類似排列的振動裝置。他們還嘗試以不同的速度連續(xù)給執(zhí)行器充氣，以模擬連續(xù)撫摸的感覺，而不是離散觸摸（或感覺蜘蛛在手臂上爬行的不適感）。參與者普遍發(fā)現(xiàn)，與振動不同，更快、重疊的壓痕會產(chǎn)生連續(xù)撫摸的感覺。

在第三項測試中，參與者被要求識別通過壓力信號傳達的六種情緒——關(guān)注、感激、快樂、平靜、愛和悲傷。使用之前研究中建立的觸摸模式，參與者以高于偶然的概率正確識別了這些情緒，盡管“平靜”和“愛”的手勢很容易混淆。

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Science Robotics | Haptiknit：可穿戴技術(shù)新前沿?

總體而言，參與者發(fā)現(xiàn) Haptiknit 的感覺與振動一樣令人愉悅，甚至比振動更令人愉悅。他們還報告說，原型袖套舒適且易于使用，這對于長期應(yīng)用來說是個好兆頭。

“特別有趣的是，人們是否曾嘗試過觸覺設(shè)備與他們對我們的袖套的舒適度的評價之間存在相關(guān)性?；旧?，如果他們曾嘗試過其他觸覺設(shè)備，他們會給我們的袖套打出更高的分?jǐn)?shù)，”du Pasquier 補充道。

有了更輕、更舒適的觸覺設(shè)備，研究人員預(yù)見了通過觸摸傳遞信息的新方式。Du Pasquier 建議觸覺設(shè)備可用于導(dǎo)航、軍事通信，甚至狗訓(xùn)練。

Okamura、du Pasquier 和他們的同事們正在繼續(xù)改進他們的編織圖案，并致力于開發(fā)更大規(guī)模的設(shè)備，甚至可能是整套服裝，用于虛擬現(xiàn)實交互。他們還希望將他們的工作融入輔助設(shè)備中，以協(xié)助運動或康復(fù)。

Okamura 總結(jié)道：“我們可以利用這一點開始測試人們?nèi)绾握嬲斫夂晚憫?yīng)這種觸覺信息。無論目的是娛樂、交流、培訓(xùn)還是身體輔助，這確實將這些可穿戴設(shè)備帶向了人們可能真正想要在日常生活中使用的東西。”

文章鏈接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/scirobotics.ado3887