觸覺革命：穿戴式多感官技術的未來展望

從虛擬實境到復健與溝通，觸覺技術已經徹底改變了人類與數位世界的互動方式。早期的觸覺裝置主要依賴單一感官提示，例如震動通知，而現代的技術進步則為多感官觸覺裝置鋪平了道路，這些裝置整合了多種觸覺回饋形式，包括震動、皮膚拉伸、壓力和溫度。

最近，由萊斯大學的Marcia O'Malley和Daniel Preston帶領的研究團隊，包括研究生Joshua Fleck、校友Zane Zook '23和Janelle Clark '22以及其他合作者，在《Nature Reviews Bioengineering》上發表了一篇深入評論，分析了穿戴式多感官觸覺技術的現狀，並概述了其挑戰、進展和實際應用。

觸覺裝置自1960年代問世以來，已經取得了顯著的進展。早期的裝置依賴於剛性、接地機製作為使用者介面，從虛擬環境中產生力量回饋。然而，隨著感測和驅動技術的進步，觸覺裝置變得越來越可穿戴。現代的創新主要集中在皮膚回饋——刺激皮膚的受體以提供逼真的觸覺感受——而不是模仿作用於肌肉骨骼系統的力量回饋。

「穿戴式觸覺裝置現在已經整合到消費產品中，如智慧手錶和遊戲配件，並且在醫療保健、機器人和沉浸式媒體中扮演著更複雜的角色，」O'Malley表示，她是工程學的Thomas Michael Panos Family教授，也是機械工程的教授和系主任。

「新的趨勢是朝向多感官觸覺回饋，這意味著同時提供多種型別的觸覺刺激，這提升了使用者體驗，但也帶來了新的工程和感知挑戰。隨著這項技術的持續發展，我們將看到它轉向更豐富的多感官體驗——一種能夠彌補數位互動與人類觸覺之間差距的體驗。」

設計有效的穿戴式多感官觸覺裝置需要對人類觸覺感知有深入的理解，研究團隊指出了該領域目前面臨的幾個關鍵挑戰。其中最顯著的障礙之一是皮膚接觸力學的變異性，因為皮膚彈性、受體分佈和外部因素（如濕度）的差異會影響觸覺刺激的感知方式。另一個問題是觸覺掩蔽，即多種觸覺感受（如震動和皮膚拉伸）可能相互幹擾，降低感知清晰度。

「每個人的皮膚對刺激的反應都不同，這取決於彈性、濕度甚至體毛的差異，」Preston表示，他是機械工程的助理教授。「這種變異性使得設計普遍有效的裝置變得極為複雜。」

此外，穿戴性和舒適性仍然是每個產品的主要考量因素。觸覺裝置必須設計成適合不同身體部位，而不會引起不適、限制運動或幹擾日常活動。重量、尺寸和附著方法等因素在確保長期可用性方面都扮演著關鍵角色。

「真正的觸覺技術沉浸感不僅取決於使用者感受到什麼，還取決於他們如何自然且舒適地體驗它，」Preston說。

除了強調挑戰外，作者還指出了幾種新興的驅動方法，這些方法可能會重新定義穿戴式觸覺技術。電機驅動是震動回饋系統中最廣泛採用的方法，因為其可靠性和經濟性，但它往往難以提供多樣化的觸覺提示。聚合物驅動則依賴於智慧聚合物，這些聚合物在受到刺激時會改變形狀或質地，為提供觸覺回饋提供了一種輕量且靈活的替代方案。

流體驅動利用加壓空氣或液體來產生動態觸覺感受，在軟體機器人和紡織品觸覺穿戴裝置中越來越受歡迎，為舒適性和適應性提供了新的可能性。此外，熱驅動正在成為一種增強虛擬環境沉浸感或透過加熱或冷卻感受模擬現實世界互動的方式。

「我們預計這些技術將顯著擴充套件觸覺回饋的範圍，特別是在醫療復健、假肢開發和人機互動等領域，」O'Malley表示。「儘管前景看好，但還需要進一步的改進來提高反應時間、耐用性和能源效率。」

這篇評論還提供了關於穿戴式觸覺技術如何有望解鎖人類與數位和物理環境互動新可能性的見解。在虛擬和擴增實境中，多感官觸覺技術透過讓使用者感受到數位物體來增強沉浸感，提升遊戲、訓練模擬和教育體驗。在醫療保健和復健中，穿戴式觸覺技術協助運動技能訓練、中風後復健和假肢回饋，使患者能夠更有效地與周圍環境互動。

輔助技術和溝通應用利用觸覺介面，將聽覺或視覺資訊轉換為觸覺訊號，幫助視覺或聽覺障礙者。導航和指引系統則透過提供直覺的方向提示，幫助視覺障礙者，並在軍事和航空等領域改善免持導航。

此外，遙控操作和機器人技術也將受益匪淺，因為具有觸覺回饋的遠端控制機器人系統讓使用者能夠「遠距離」感受到物體，提高如機器人手術等精細任務的精確度。

儘管取得了顯著進展，作者強調了在多感官觸覺感知方面需要進一步探索。理解大腦如何處理同時發生的觸覺提示將對改進未來裝置至關重要，而確保廣泛採用則需要在技術複雜性、使用者舒適性和實際可用性之間取得平衡。

「最終目標是創造出感覺像真實世界觸覺一樣自然的觸覺裝置，」O'Malley說。