Science Robotics | Haptiknit：可穿戴技术新前沿

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斯坦福工程学院的研究人员开发出一种轻便舒适的针织袖套，利用基于压力的触觉来模拟触觉，为可穿戴设备开辟了新的可能性。相关研究工作以“Haptiknit: Distributed stiffness knitting for wearable haptics”为题发表于《Science Robotics》。

可穿戴触觉设备提供基于触摸的反馈，在虚拟现实中提供更身临其境的体验，帮助康复，并为无声交流创造新的可能性。大多数当前设备依赖于振动，因为基于压力的触觉通常需要用户佩戴笨重的外骨骼或结构。

现在，斯坦福工程学院的研究人员开发出一种舒适、灵活的针织袖套，称为 Haptiknit，可提供逼真的基于压力的触觉反馈。他们的设计于 12 月 18 日发表在《科学机器人》杂志上，表明在某些应用中，压力可能比振动更有效，并标志着一种新型触觉设备的开始。

Haptiknit系统概述

本研究资深作者，斯坦福大学 Richard W. Weiland 教授说：“他们的设计表明，在某些应用中，压力可能比振动更有效，这标志着迈向新型触觉设备的第一步。这种设备更轻便、更耐磨、更舒适。”

使用拓扑变化和粘合纤维来改变刚度

Okamura 和她的团队设计了一个使用压力致动器的电池供电气动系统，压力致动器是一种可以快速充满空气的小型充气袋。然而，他们需要一种方法来将这些袋子固定在皮肤上，而不依赖于笨重的外骨骼。

Du Pasquier 的爱好是做衣服，他意识到针织面料可能是解决方案。研究人员设计了一种柔软的织物，在某些区域会变得坚硬，以便将压力执行器固定在皮肤上，而在其他区域则保持柔韧性，以便活动和舒适。

他们与麻省理工学院自组装实验室合作，使用针织机生产了 Haptiknit 原型，该原型具有可容纳两排八个执行器的空间。套管主要由尼龙和棉制成，执行器背衬区域加入了热塑性纤维。编织完成后，研究人员加热熔化热塑性纤维，使其变硬，使这些区域变硬。

“软体机器人领域的一个挑战是如何将硬物和软物粘合在一起——它们往往会分层。但将这些纤维放入针织物中，就可以实现从硬部分到软部分的完全无缝过渡，因为它是一种连续的织物，”Okamura 补充道。

Haptiknit的潜在应用

研究人员让 32 名用户测试了 Haptiknit 原型，发现参与者能够更准确地识别压力执行器上的单个触摸的位置，而不是类似排列的振动装置。他们还尝试以不同的速度连续给执行器充气，以模拟连续抚摸的感觉，而不是离散触摸（或感觉蜘蛛在手臂上爬行的不适感）。参与者普遍发现，与振动不同，更快、重叠的压痕会产生连续抚摸的感觉。

在第三项测试中，参与者被要求识别通过压力信号传达的六种情绪——关注、感激、快乐、平静、爱和悲伤。使用之前研究中建立的触摸模式，参与者以高于偶然的概率正确识别了这些情绪，尽管“平静”和“爱”的手势很容易混淆。

视频内容详见公众号文章

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总体而言，参与者发现 Haptiknit 的感觉与振动一样令人愉悦，甚至比振动更令人愉悦。他们还报告说，原型袖套舒适且易于使用，这对于长期应用来说是个好兆头。

“特别有趣的是，人们是否曾尝试过触觉设备与他们对我们的袖套的舒适度的评价之间存在相关性。基本上，如果他们曾尝试过其他触觉设备，他们会给我们的袖套打出更高的分数，”du Pasquier 补充道。

有了更轻、更舒适的触觉设备，研究人员预见了通过触摸传递信息的新方式。Du Pasquier 建议触觉设备可用于导航、军事通信，甚至狗训练。

Okamura、du Pasquier 和他们的同事们正在继续改进他们的编织图案，并致力于开发更大规模的设备，甚至可能是整套服装，用于虚拟现实交互。他们还希望将他们的工作融入辅助设备中，以协助运动或康复。

Okamura 总结道：“我们可以利用这一点开始测试人们如何真正理解和响应这种触觉信息。无论目的是娱乐、交流、培训还是身体辅助，这确实将这些可穿戴设备带向了人们可能真正想要在日常生活中使用的东西。”

文章链接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/scirobotics.ado3887