來源：DeepTech深科技
人類通過“五感”，即視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺，來感知周圍的世界，并基于此與外界進行信息交互。
在這些感官中，觸覺扮演著傳遞信息和情感的重要角色，它能夠使人們感知力覺、滑覺、溫濕度、柔軟度、紋理等多種信息。
觸覺技術有望在多個領域應用，例如元宇宙、機器人、可穿戴設備、沉浸式游戲、模擬手術、教育培訓、遠程操作等。這也意味著，觸覺反饋設備（例如觸覺手套、觸覺可穿戴設備、觸覺外骨骼等）在市場具有良好的發展前景。
國際技術研究和市場咨詢公司 IDTechEx 在《觸覺技術及市場-2024版》報告中預測，到 2035 年，觸覺技術市場規模將達到 71 億美元，2024 年至 2035 年的復合年增長率為 4.4%。
圖丨全球觸覺技術市場（來源：IDTechEx）
實際上，盡管計算平臺經過了 30 多年的發展，交互方式的演變主要還集中在視覺和聽覺信息上，觸覺反饋技術的應用仍然處于起步階段。
不過，近年來，全球的科研團隊已經開始積極地探索觸覺反饋技術領域。例如，北京航空航天大學王黨校教授團隊在 npj Flex Electron 中，提出了一種“主動電子皮膚”（AE-Skin，Active Electronic Skin）的概念。
該技術的核心在于模擬人類皮膚的感覺能力，通過在物理表面上部署這種“皮膚”，可以實現動態多模式的觸覺顯示和觸覺傳感。
研究人員根據不同的互動場景需求，選擇合適的觸覺模態和傳感信號，并采用相應的材料和制造方法來制備相應的執行器或傳感器。這些技術的結合使用，為用戶提供了沉浸式的互動體驗。
圖丨AE-Skin 的潛在應用場景（來源：npj Flex Electron）
根據論文，在實際應用中，AE-Skin 技術在物理世界和數字世界展現出巨大的潛力。例如，在智能家居環境中，通過在墻面上部署 AE-Skin，可以模擬出不同的材質紋理，如硅藻土、石材和陶瓷，為用戶提供豐富的觸覺體驗。
在智能汽車中，集成了 AE-Skin 的方向盤能夠監測駕駛員的生理和行為參數，如握持壓力和握持位置，在駕駛疲勞或不合規駕駛時發出振動警告。
在智能博物館中，AE-Skin 能夠通過動態圖案和溫度反饋增強展品的生動性和真實性，為參觀者提供沉浸式的互動體驗。
研究人員對 AE-Skin 提出了四個潛在的發展方向，包括：
首先，計劃深入研究皮膚交互的力學原理、感知生理學以及觸幻覺效應等基礎理論，這將為 AE-Skin 的設計和性能評估提供堅實的理論支撐。
其次，致力于研究觸覺呈現系統的能源供應和低能耗技術，同時探索如何將多種觸覺模態融合，以實現更精準的空間、時間和語義配準，從而提升交互體驗的沉浸感和真實性。
再次，探索驅動器和傳感器的空間配準方法，以及功能適配和數據傳輸與處理技術，旨在構建一個高度集成的驅動感知一體化交互系統。
最后，探究視觸覺融合呈現技術，以實現 AE-Skin 觸覺信息與虛擬場景或電子屏幕等視覺信息之間的時空一致性配準，這將進一步增強用戶體驗的自然性和無縫性。
通過這些方向的研究，AE-Skin 技術有望在未來實現更豐富和更高效的交互體驗。
圖丨觸覺屏幕的 AE-Skin。透明的 AE-Skin 可以覆蓋屏幕表面，顯示與物理鍵盤相同的實際地形功能，增強用戶的交互體驗（來源：npj Flex Electron）
DeepTech 發現，觸覺技術正在向學科交叉和更多技術融合方向發展。
例如，西湖大學?學院姜漢卿教授課題組與美國西北?學約翰·羅杰斯（John Rogers）教授等課題組合作，在 Nature 上報道了一種新型的多模態觸覺模擬方法及智能穿戴裝置。
該研究展示了一種新型的生物彈性觸覺模擬換能器，通過皮膚機械能量的儲存與恢復，實現了高效的多模態觸覺模擬及反饋，為生物醫學和多模態觸覺模擬反饋技術提供了新的視角。
另一方面，AI 在觸覺技術中也發揮著重要的作用。上海交通大學劉景全教授、盧策吾教授團隊在 Nature Communications 報告了一種基于機器學習、用于操作的視覺-觸覺記錄和跟蹤系統 ViTaM。
這個系統配備了擁有 1152 個力敏通道的可伸縮觸覺手套，以及視覺與觸覺相結合的學習框架，能夠對操作過程中手與物體的互動動態進行評估。
他們開發了一種主動抑制技術，該技術基于對稱響應檢測和自適應校準，成功達到了 97.6% 的測力準確度。
研究人員對包括可變形和剛體在內的 6 類 24 個物體進?了實驗，所有序列的平均重建誤差僅為 1.8cm，證明了在操縱具有不同程度可變形性的物體時，復制?類知識的普遍能?。
圖丨ViTaM 系統概述（來源：Nature Communications）
觸覺技術在更廣泛的應用方面，青島大學田明偉教授團隊受海星管足啟發，開發了一種能夠識別手勢的手套，其中包含雙層微柱互鎖結構柔性觸覺傳感器。
這種觸覺手套在實現高靈敏度（0.04kPa-1）、寬檢測范圍（5kPa-450kPa）、快速響應時間（23ms）和出色耐久性（~10000 次）的同時，還兼具防?性能。
通過與機器學習算法的結合，成功地實現了智能識別 16 種?下常用手勢，大幅度擴展了潛水員的有效通信能力，并在水下通信領域表現出應用潛力。
(來源：ACS Nano)
在推動觸覺產品落地方面，新加坡國立大學林水德（Lim Chwee Teck）教授課題組開發了一款便攜式、高度靈活的觸覺手套 HaptGlove。
不僅能夠通過 AI 捕捉用戶數據，還為醫療提供者和患者在元宇宙中的互動提供了實時的觸覺反饋。
與市面上其他類似產品相?，他們所研發的觸覺手套更輕便，僅重 250 克。
HaptGlove 使用該課題組所開發的專有軟件，可將視覺觸、覺延遲在 20 毫秒以內，進而提供近乎實時的用戶體驗。并且，基于此精準捕捉手指運動，提供物體的硬度、形狀、大小等觸覺反饋。
HaptGlove 的應用場景包括游戲、醫療和教育領域等，例如通過模擬超現實環境幫助外科醫生更好地準備手術，或通過模擬不同身體部位的觸診為學生提供實踐學習體驗。
圖丨用戶使用 HaptGlove（來源：新加坡國立大學）
此外，美國麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室開發了一種多功能智能手套，集成了觸覺傳感器和振動觸覺單元。通過先進的數字機繡技術，這些傳感器和執?器被精確地嵌?到織物中，實現了可定制的空間分辨率和布局。
手套基于機器學習框架，采用成本低廉的商業材料，在能夠快速制成的同時，還保持了紡織品的柔軟性、形狀穩定性和適應性。
圖丨觸覺互動傳遞智能手套的制造、結構和應用，一種在實體表面上提供環境觸覺反饋的界面（來源：Nature Communications）
總體來說，觸覺技術的發展正推動著人機交互向全新的維度發展。從智能家居到元宇宙，從醫療模擬到水下通信，觸覺技術的應用前景廣闊，它不僅增強了人們的感官體驗，也有望為特定行業提供革命性的解決方案。
