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网购也能触摸到购物车里的商品？表面触觉技术，究竟是什么神奇黑科技？

2021-12-28 18:34

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

每次打开橙色软件

货比三家的时候

都希望

像可以在实体店一样

触摸到商品的材质

就不会

等到收货的时候

才发现货不对板

网购选手快集合

这种表面触觉技术来啦

虽然还不能面向大众

但还是和科博士一起期待一下

本期，就让我们跟着

香港理工大学助理教授马源

德克萨斯 A&M 大学

辛西娅·希普韦尔教授、博士生李忻怡

来看看他们是怎样实现这个黑科技的吧

研究团队解释了什么？

在 20 世纪 20 年代

电粘附增强摩擦力的现象

就已经被人们发现了

学者们也对该现象开展了研究

但针对手指与电粘附屏幕之间的复杂界面

还没有过比较细致全面的分析

为什么呢？

原因是

手指与电粘附屏幕界面包含

接触力学、毛细力、范德华力、静电场等多种物理因素

导致建模分析难度很高

一旦缺少深入分析

现有的电粘附屏幕就无法完善

研究人员表示，这项研究主要解释了电粘附控制的摩擦力、与屏幕表面形貌之间的关系。通过电粘附增强摩擦力，在手机、平板电脑、汽车触屏等触屏表面实现力学反馈，让用户获得触感反馈等体验。

目前的电粘附屏幕虽然可以在一定条件下，去调控手指在屏幕上感受到的摩擦力，进而使用户感知到虚拟材质、虚拟按钮。但是由于环境湿度、手指出汗等问题，在不同环境下，不同用户的体验效果不一致、且不够稳定。

为了让屏幕形貌的参数达到理想效果，研究团队综合分析了接触力学、毛细力、范德华力、静电场等物理因素对摩擦力调控的影响，对手指接触屏幕界面进行了多物理耦合建模。根据这一模型，提出了对屏幕界面形貌的改进方向，从而获得更好、更稳定的摩擦力调控效果，为电粘附摩擦力调控触屏的商业化奠定基础。

来源：Advanced Materials

研究团队研究了什么？

团队在体验过相关样品后，开始立项研究。首先是要精确测量手指的摩擦力。有小伙伴会问：是不是用我们中学所学的“摩擦力等于摩擦系数乘以正压力”的库伦摩擦模型就可以测量出来了？

当然没有这么简单！所受压力大小、滑动速度、环境湿度、手指表面汗液及油脂等因素都会对手指的摩擦力造成影响。于是，团队搭建出能保证手指在摩擦屏幕时具有恒定的压力，并且可以实时控制实验环境的湿度、温度的实验装置。

所受压力大小、滑动速度、环境湿度、手指表面汗液及油脂等因素，都会影响手指摩擦力

来源：Advanced Materials

他们还对手指接触触屏表面进行了综合建模，同时统一考虑触屏微纳米尺度的形貌、毛细力、静电场、范德华力等诸多物理因素。比如，手指在接触界面时，皮肤会发生变形，而变形会挤压内部的水分、汗液和油脂，这些液体产生的毛细力，又会反过来影响手指皮肤的变形，而静电场和皮肤变形也有类似的相互影响。

为研究清楚这些相互的影响，马源对这些因素进行单独建模，并利用数学迭代方法将所有因素间的相互作用进行整合。

他们对模型所预测的摩擦力和实验测试得到的摩擦力进行了比较，发现两者具有一致性。这意味着模型可靠性已得到验证。根据该模型，团队又优化了屏幕的微纳米尺度表面形貌参数，最终获得了更强的电粘附效果，以及受环境湿度和出汗影响最小的表面形貌。

两位作者比较了模型所预测的摩擦力和实验测试得到的摩擦力，发现两者具有一致性

来源：Advanced Materials

研究团队为什么选用

基于电粘附的摩擦力调制？

目前，表面触觉设备主要分为两类，一类通过调控屏幕表面摩擦力（主要为电粘附调控和超声振动调控），另一类通过屏幕下方振动，其振动频率一般在 100~200Hz 左右。

无论是屏下低频振动还是超声振动，都需要大面积的或整块屏幕振动。所以，与上述两种工作原理相比，电粘附的摩擦力调制无需结构振动和变形，可靠性更高、能耗更低，更利于其成熟运用于电子产品中。

未来，研究团队还将研究什么？

基于这项研究，未来马源和团队将进一步考虑手指表面的微纳米尺度形貌，给表面触觉效应带来的影响，并将建立更完备的多物理场模型。

让触觉成为继视觉、听觉之后又一种可表现在屏幕上的有效反馈手段。他们将在不同表面形貌设计下，利用深度学习算法更快捷地预测表面摩擦力调控的效果，以此为依据可设计并制备出微纳米表面结构更复杂的触觉表面。

侧重用户触摸商品包装材料的直观感受。还将利用该模型去设计多种商品的包装材料，比如食品、化妆品、生活用品等，如：体现某些化妆品的“高级感”。

将包装材料的触感与包装产品相对应。像把不同红酒标签、或瓶身摩擦力进行不一样的设计，从而通过包装的触感，让客户体会到红酒的丝滑或者厚重口感。

科博士太期待这项技术了

不仅可以让网购有更加直观的感受

还可以让视障人士有更好的冲浪体验

还有小伙伴说

那按这样发展下去

是不是可以隔着屏幕

就可以闻到烤鸡的香味啦

快来评论区聊一聊你的想法吧

本期内容到这里就结束啦

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资料来源：我是科学家iScientist、DeepTech深科技

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