可穿戴触觉交互新成果:自供能电刺激纺织触觉手套
1. 利用摩擦电效应将手部运动机械能转化为电能,实现自供电,摆脱外部电源束缚,随时随地提供触觉反馈。
2. 采用轻薄柔软材料,基于织物和刺绣技术制作,佩戴舒适,不影响手部活动,便于携带。
3. 在 VR/AR、假肢控制、电刺激治疗等多领域展现出应用潜力,可增强交互体验,提升假肢使用者感知能力。
1. SPETH 手套设计:基于摩擦电效应和气体击穿放电原理,设计了自供电电触觉纺织触觉(SPETH)手套。该手套由纺织基摩擦电单元、带气体放电管(GDT)的管理电路和皮肤电极组成。日常手部运动使手套收集静电能,能量积累到阈值时,GDT 放电,电流刺激皮肤感觉受体,产生触觉反馈,实现自供电双向传感与反馈。
2. 电气性能测试:研究发现,SPETH 手套摩擦电单元的输出电压和感应电荷随加载压力增加而增加,在 160kPa 压力下分别趋于 600V 和 20nC 饱和。GDT 在 TENG 特定约束下表现出色,充电曲线显示手套输出能力强,能快速为电容充电。研究还分析了皮肤阻抗、电容和放电阈值对实际输出电流的影响,结果符合欧姆定律。
3. 触觉反馈优化:通过电路设计和材料选择优化手套触觉功能。对 30 名参与者的研究表明,电容和 GDT 击穿阈值会影响触觉感知,且存在性别差异,女性感知所需电容更低。电极间距、位置和用户年龄也会影响触觉感知,手臂外侧更敏感。
4. 应用探索:SPETH 手套可用于肢体感觉反馈,在假肢控制中,能让用户感知假肢与物体接触并控制抓取。在 VR/AR 领域,可实现虚拟物体抓取。其放电电流还可用于电刺激治疗。
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