快速可編程的觸覺激勵器在社交媒體、游戲、娛樂及生物醫學康復治療中應用廣泛，能有效替代或增強人體感知能力。記者8日從大連理工大學獲悉，該校解兆謙教授（共同通訊作者）與美國西北大學John A.Rogers教授課題組、黃永剛教授課題組及西湖大學姜漢卿教授課題組合作，發明了一種基于生物彈性狀態恢復的無線、低功耗、多刺激模式觸覺皮膚電子器件。相關成果發表在國際學術期刊《自然》上。
該研究通過力-電-磁控制的雙穩態及壓扭耦合結構力學設計，可實現對皮膚不同深度觸覺機械感受器的動態和靜態、法向力和剪切力的多模式激勵。該可編程多模式觸覺激勵的皮膚電子器件在視覺、平衡感和觸覺感官替代中存在廣闊的應用前景。
解兆謙介紹，人體皮膚中多樣的機械觸覺感受器能感知并傳遞豐富的觸覺信息。然而現有觸覺激勵器功耗高、模式單一，僅能激活皮膚中單一類型的機械觸覺感受器，且多為有線控制，限制了使用的便捷性和應用的廣泛性。為充分挖掘觸覺界面的應用潛力，需要皮膚中多類型機械感受器的協同參與，以實現多感官互動，這對可穿戴觸覺激勵/感官替代器件的開發提出了新的挑戰。
針對上述業界廣泛關注的挑戰性難題，科研團隊創新性設計了一種基于生物彈性恢復的無線、可編程、低功耗且具備多刺激模式的觸覺皮膚電子器件。該器件憑借其獨特的力-電-磁控制雙穩態結構，能夠在瞬態微電流的作用下，于壓縮與放松兩種狀態間實現快速且精準的切換，實現皮膚不同層面的靜態與動態的激勵。此外，該器件采用了輕質的柔性延展力學結構設計，使得整體輕薄且易于穿戴，完美實現了與皮膚的無縫保形貼合，提升了用戶的舒適度，確保了器件在長時間使用過程中的穩定性和可靠性。
值得一提的是，該器件集成了先進的無線控制電路系統，能夠根據前方障礙物、使用者身體姿勢及步態等實時信息，智能地調整激勵模式。這種智能化的設計使得器件能夠為用戶提供更為個性化、精準且實時的觸覺反饋，從而在視覺、平衡感和觸覺感官替代等領域展現出廣闊的應用前景。
解兆謙表示，經過人體測試實驗證明，通過智能手機的LiDAR技術感知前方障礙物，并與觸覺皮膚電子器件協同工作，能夠為視力障礙者提供精確且可靠的導航指引。同時，利用智能手機內置的慣性測量單元（IMU）實時監測用戶的身體姿勢變化，并與觸覺皮膚電子器件相結合，可以為用藥后等平衡感受損的患者提供平衡感官替代方案。最后，通過IMU精準追蹤腳步的方向以及與地面的相對角度，配合觸覺皮膚電子器件，可以輔助糖尿病腳部感官缺失的患者調整步態，有效預防跌倒，從而實現對其腳部感官功能的精準替代。
本文鏈接：科研人員設計出用于多感官替代的觸覺皮膚電子器件http://www.sq15.cn/show-12-13-0.html
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