在全面数字化的时代背景下,我们周围的视觉显示技术已发展至成熟阶段,但触觉反馈技术仍处于起步阶段。如何弥合触觉技术与现实世界之间的差距,在各类物理表面上实现环境触觉反馈,成为人机交互领域面临的重大挑战。
近期,北京航空航天大学虚拟现实技术与系统全国重点实验室王党校教授团队在npj Flexible Electronics期刊上发表了一篇题为“Active electronic skin: an interface towards ambient haptic feedback on physical surfaces”的研究文章,详细介绍了主动电子皮肤(Active electronic skin,AE-Skin)的概念、关键技术、潜在应用及未来发展。主动电子皮肤旨在用于随时随地提供触觉反馈,感知人类的交互动作,从而有效减轻交互负担,促进自然流畅的人机交互。主动电子皮肤这一创新的概念将推动环境触觉领域的发展,助力触觉技术与物理和数字环境实现无缝融合。
主动电子皮肤的应用可根据其贴附不同物体的能力分为两大类。第一类是将主动电子皮肤应用于家具、汽车和展品等实物表面。通过为这些物体赋予“情感”,主动电子皮肤让它们变得栩栩如生,实现物理世界的数字化。第二类侧重于将主动电子皮肤应用于各类智能设备的表面,包括iPad、VR控制器和触觉手套等。通过赋予这些设备“物理化身”,推动数字世界的实体化。这两大类应用能让用户更自然、直观地与周围环境进行互动,从而获得更真实、沉浸的互动体验。
为了满足用户与物理世界或数字世界之间进行环境触觉交互的需求,主动电子皮肤需要能够提供多模态触觉刺激并准确反映用户的交互意图。要开发具有三大基本特性的高保真主动电子皮肤,必须考虑多项关键技术,包括多模态触觉显示、多维触觉传感以及材料和制造方法。在主动电子皮肤的设计过程中,需要根据交互场景选择所需的触觉模式(例如纹理、温度和振动)和传感信号(例如压力、应变和温度)。针对特定的触觉刺激或传感信号,采用适当的材料(例如响应材料和纳米材料)和制造方法(例如成型工艺、软光刻和3D打印)来制备相应的执行器或传感器。