这两位院士合作， 再发一篇Science！

米测MeLab

2025-04-09

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编辑总结

人类本身的触觉能够提供多种感知，使我们了解周围环境，包括许多仅凭视觉无法获得的信息。这些信号来源于皮肤中丰富的感受器群。本研究开发了一种单一执行器单元，能够施加复杂组合的动态力，包括压力、剪切力、振动、位移和扭矩，从而实现触觉信息传输和逼真的虚拟触觉感知。作者展示了该系统在手部导航、纹理感知再现和音乐触觉感知方面的应用，并希望该执行器能进一步用于生物医学和扩展现实应用。——Marc S. Lavine

研究背景

触觉能够传递关键的环境信息，促进物体识别、操控和社交互动，并可通过刺激皮肤感受器的触觉执行器进行工程化设计。然而，目前的触觉界面技术尚未能以可编程的时空方式全面激活各种机械感受器，且难以覆盖身体大面积区域。

针对这一问题，美国西北大学John A. Rogers院士团队联合黄永刚院士团队在Science期刊上发表了题为“Full freedom-of-motion actuators as advanced haptic interfaces”的最新论文。他们引入了一种小型执行器技术，可向皮肤表面施加全方位、可叠加的动态力，以此刺激单类或特定组合的机械感受器。

该技术能够实现高比特触觉信息传输及逼真的虚拟触觉感知，并通过人体感知研究，展示了其在扩展现实中的应用，包括高级手部导航、真实纹理再现以及用于音乐感知的感觉替代。    

研究亮点

(1) 本研究首次开发了一种小型执行器技术，能够施加全方位、可叠加的动态力，以刺激皮肤上的不同机械感受器，实现高比特触觉信息传输和逼真的虚拟触觉感知。

(2) 实验通过设计单一执行器单元，使其能够施加压力、剪切力、振动、位移和扭矩等复杂的动态力，实现对皮肤感受器的精准激活。结果表明，该执行器可有效模拟真实的触觉体验。

(3) 研究人员在多项应用中验证了该技术的可行性，包括手部导航、纹理感知再现和音乐触觉感知。实验显示，该执行器可帮助用户通过触觉进行导航，提高交互精度；在纹理再现实验中，用户能够准确区分不同的表面特征；在音乐感知实验中，该设备能够将音频信号转化为触觉反馈，为听障人群提供新的感知方式。

图文解读

图1.具有完整FOM执行器的多感觉触觉接口   

图2.通过实验和仿真得到的多模态执行器的设计策略和特性  

图3.FOM执行器的感知

图4.FOM执行器实现的手部导航系统和真实纹理感觉的再现

图5.替代感知：音乐的触觉感知

结论展望

本研究通过精准控制触觉刺激，可以实现高维度的信息传输和逼真的虚拟触觉体验。这不仅突破了传统触觉界面技术对机械感受器的局限性，还为人机交互、神经康复和扩展现实（XR）技术提供了新的可能。首先，该小型执行器能够施加多维动态力，实现对不同机械感受器的独立或组合激活，从而在更大范围内创造丰富的触觉感知。其次，通过人类感知实验，研究验证了该技术在手部导航、纹理再现和音乐触觉替代中的有效性，表明触觉信息不仅可以增强现实感知，还可用于跨模态信息转换。最后，这一研究拓展了触觉工程的边界，展示了其在生物医学领域（如假肢反馈、触觉替代疗法）和虚拟现实领域（如沉浸式交互、远程触觉通信）中的潜力。未来，该技术或可进一步结合人工智能，实现更智能化和个性化的触觉体验，推动人机交互向更自然、高效的方向发展。    

原文详情：

Kyoung-Ho Ha et al. ,Full freedom-of-motion actuators as advanced haptic interfaces.Science387,1383-1390(2025).DOI:10.1126/science.adt2481