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可穿戴黑科技!自供电触觉手套,人机交互体验拉满

来源:上海幂方电子科技有限公司 更新时间:2025-03-28 08:00:14 阅读量:101
导读:你能想象戴上一款手套,就能在虚拟世界中真切 “触摸” 物体、操作假肢时获得真实触觉反馈,甚至还能用于治疗吗?
你能想象戴上一款手套,就能在虚拟世界中真切 “触摸” 物体、操作假肢时获得真实触觉反馈,甚至还能用于治疗吗?科研团队研发的自供电电触觉织物触觉手套(SPETH glove),让这一切成为现实。这款手套基于摩擦电效应和气体击穿放电原理,实现了自供电的精准电刺激触觉反馈,在多个领域展现出巨大应用潜力。相关研究以“Self--powered electrotactile textile haptic glove for enhanced human--machine interface"为题发表在Science Advances期刊上。
研究背景

VR/AR 和元宇宙的发展,使人们对人机交互体验提出了更高要求,触觉反馈成为提升交互真实感的关键因素。但传统触觉设备依赖机械振动、气动或电刺激技术,存在设备笨重、需外接电源及电缆、发热、电压高、成本高昂等问题,严重限制了其应用范围与用户体验。

自供电技术为解决这些难题带来希望,摩擦纳米发电机(TENGs)能将机械能高效转化为电能并产生高电压,具备独特的放电特性,为研发自供电触觉界面提供了可能。

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研究成果

1. 创新设计,实现自供电触觉反馈
SPETH 手套基于摩擦电效应和气体击穿放电原理设计。当手部运动时,手套上的纺织基摩擦电单元通过与物体接触收集静电能量,存储在电源管理电路中。当能量达到一定阈值,气体放电管(GDT)会发生击穿放电,电流通过精心设计的皮肤电极刺激皮肤下的感觉受体,产生触觉反馈。这种设计让手套实现了自供电,摆脱了外部电源的束缚。
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2. 卓越性能,满足多样需求
手套的摩擦电单元输出性能出色,输出电压和感应电荷会随着加载压力的增加而上升,在 160kPa 压力下,输出电压和电荷分别可达约 600V 和 20nC。它能快速给电容充电,只需约 60 秒就能将 100nF 的电容充电至 200V。在触觉反馈方面,通过对电路和材料的优化,研究人员发现电容、GDT 击穿阈值以及电极几何形状和位置都会影响触觉感知强度。例如,女性对触觉的感知更为敏感,达到相同触觉感受所需的电容比男性更低。此外,电极间距越小、靠近血管位置,刺激效果越好。
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3. 广泛应用,拓展人机交互边界
SPETH 手套的应用场景十分广泛。在假肢感觉方面,它能让假肢使用者通过手部与物体接触,在手臂上产生电触觉反馈,从而更精准地感知和操作假肢。在手势识别中,手套能检测不同手指运动产生的电触觉信号模式,实现精确的空间区分。在治疗领域,放电电流可用于电刺激治疗。同时,它在 VR/AR 领域也大显身手,使用者戴上手套能在虚拟环境中更真实地抓取和感受虚拟物体。
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总结展望

SPETH 手套的成功研发,是可穿戴触觉技术的重大突破。它以微焦耳级别的能量实现了显著的触觉感知,将自供电、便携性和成本效益完美结合,能提供可定制的触觉体验。从增强 AR/VR 体验,到改善康复治疗和优化人机界面,它的应用潜力巨大。

未来,随着技术的不断进步,类似 SPETH 手套的自供电触觉设备有望更加普及和完善。它们将进一步提升人机交互的沉浸感和真实感,在更多领域发挥重要作用,为人们的生活和工作带来更多便利和创新。

文献来源:灵柔墨印

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