在虚拟现实环境中，我们可以使用多种便携式设备与其进行交互，这些设备通常会影响我们的视觉和听觉。然而，完整的人类感官体验并不局限于这两种感觉，而是由五种基本感官（视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉）构成。对大多数人来说，感知现实的主要感官是视觉和听觉。根据最新消息心理学研究这两者涵盖了人类90%的日常感觉。而第三名是触觉，大约占10%。数字可能因人而异，但我们不能否认触觉对人类感知体验同样重要。每天我们都与大量的电子设备互动，其中一些我们随身携带（如笔记本电脑或手机）其他的一些则是可穿戴的（比如智能手表、腕带、服装等）。这些电子设备不仅使我们能够看到或听到，而且能够真切地让我们感受虚拟现实。这也正是触觉技术发挥作用的地方。

什么是触觉反馈技术？

简单地说，触觉反馈技术，允许人们通过施加力、振动或触摸，接收触觉信息。通过触觉模拟与虚拟系统中的对象进行交互，以达到触摸真实物体的感觉。

TESLASUIT电触觉反馈

手机产生的振动经常被描述为触觉反馈技术的一个例子。但这只是触觉反馈发挥作用的一个非常简单的例子。触觉反馈技术支持用户通过接收触觉和力反馈来与基于计算机开发的电子设备进行交互。用户接受到的触觉可以让我们知道物体的纹理和材质是什么（例如粗糙或光滑）。而经过计算得出的力反馈则可以模拟物体的一些物理属性，如重量或压力。

触觉反馈类型

五种主要类型的触觉反馈技术是分别是力反馈、振动触觉反馈、电触觉反馈、超声波以及热量反馈。

下面我们将详细为大家介绍每一种反馈类型。

力反馈

这是最先出现的触觉反馈技术（始于20世纪60年代末）。因此，它是迄今为止在不同应用程序中被研究得最多和实现得最好的。

力反馈通过我们的皮肤刺激韧带和肌肉最终进入肌肉骨骼系统，而任何其他类型的触觉反馈影响的都是皮肤受体的顶层（称为经皮电神经刺激—TENS）。紧贴皮肤的装置（包括皮肤的外层）非常紧凑，并且在人身体的小区域上施加针压以达到模拟触觉效果。

相比之下，力设备大多很大（以动力外骨骼为例）。这些设备可以与人一起运动，并对身体的大部分区域产生影响，例如手臂或腿。这些装置要复杂得多，因为它们被设计成既能向身体部位施加力，又能给人提供足够的运动自由度。

人体部位仿真力反馈装置有两种类型:仿生和非仿生。仿生设备可以像人的肢体一样移动，并且在形状上与它们相似。这种设备很难开发，因为理想情况下，它们应该具有人体的功能，并且适合不同的人。非仿生设备可能与人体结构有很大不同。

力反馈设备的另一种分类（根据所施加功率的方向）包括电阻式和主动式力反馈设备。阻力装置可通过制动功能限制使用者的运动。主动式力反馈设备通过电机限制用户的运动或在空间中移动身体。主动式力反馈设备可以模拟更大范围的交互，但其所施加的力通常需要比被动式设备的力更大，并且更难控制。

振动触觉反馈

振动触觉反馈是目前最常见的触觉反馈类型。振动刺激器对人体皮肤的特定感受器施加压力。这些感受器类似于“洋葱”层的结构，可以接受高达1000赫兹的振动。普通人的语音频率从80到250赫兹不等，所以我们的皮肤实际上可以感觉到声音。

显微镜下的圆形层状人体皮肤细胞

来源:亨利·格雷（1918）人体解剖学；Bartleby.com《实习医生格蕾》第935版

电触觉反馈

电触觉刺激器通过施加电脉冲来影响受体和神经末梢。通过电脉冲，用户可以接收到范围广泛的触觉，这是任何其他电流反馈系统都无法再现的。这种类型的反馈有多种形式，取决于传递给皮肤的刺激的强度和频率。感觉也将根据电流、电压、材料、波形、电极尺寸、接触力、水合作用和皮肤类型而变化。

TESLASUIT触觉反馈全身套装，“第二皮肤”装置引入了电触觉反馈技术

与振动触觉或力反馈相比，电触觉反馈系统的主要优点是没有机械或可移动部件。电神经刺激的另一个好处是电极可以组装成紧凑的阵列并用于实现电触觉显示。

肌肉电刺激（EMS）技术在医学上已经使用了30多年，这已经证明了它的安全性。此外，电信号是神经系统的基础，因此这种类型的触觉反馈最适合于产生和模拟现实世界的中的触觉。

超声触觉反馈

超声波是一种高频声波。是由一个或多个超声波发射器所产生的细微的力反馈。在这种设备中，位于身体一部分的发射器向另一部分发送信号。这种传播原理叫做“声学时间反转”。

超声波触觉反馈（可视化）

为了确保对更大区域的影响，有必要形成一个触觉反馈场。一个发射器本身可能不够强大，所以需要同时使用多个发射器。超声波产生湍流，人类可以通过皮肤感觉到这种微弱的力反馈。

超声波技术的主要优点是用户不需要佩戴任何配件即可获得力反馈效果。缺点则是这种触觉反馈非常昂贵，并且通常比以前认为的振动触觉或电触觉反馈更不易察觉（反馈力很小）。

热反馈

形成热反馈执行器网格与皮肤直接接触。最常见的是，热电二极管（基于珀尔帖效应）。

值得注意的是，与触觉交流不同，人体不能很好地定义热刺激的位置。因此，在许多执行器中不需要产生热或冷反馈，并且它们不需要彼此靠近进行定位。因此，在某种程度上，热反馈装置甚至更容易设计。

TESLASUIT的温度控制

然而，由于能量守恒定律，热量不可能凭空而来。它只能从一个地方移到另一个地方。此外，整个过程应很快完成，以提供真实的感觉。所以，使用热反馈的触觉服需要相当多的能量。

触觉反馈的实际应用

根据上文，我们很容易得出结论，触觉反馈功能在不同的实际领域拥有大量的应用，从医学和工业培训到游戏和娱乐。让我们来看看一些最常见的情况。

汽车和航空

交通工具有许多不同的点，在这些点上可以充分发挥触觉反馈的优势。

例如，在汽车行业中触觉反馈技术可以被用于传达信息的多样性：如，空间信号、警告、通信、编码信息和其他一般数据。为了实现预期的目标，触觉反馈可以直接引入不同的汽车部件，如方向盘、安全带、踏板、座椅、仪表板或驾驶员的服装等。

谈到航空领域，触觉反馈效果的目的与汽车行业的情况基本相同，能够为飞行员提供有关飞行控制的必要信息，能够保障飞行员的安全和飞行状态。同样，触觉反馈执行器可以安装在驾驶舱和控制器内的不同组件上，与飞行员的身体部位进行物理交互。

医学和牙科

医学是触觉反馈迄今为止最重要的应用领域之一。例如，微创手术（MIS）可以利用特制的自动腹腔镜工具对人体组织进行触觉或力反馈，以诊断它们是否正常。与传统的研究和手术方法相比，外科医生将有更多的控制权，因此整个过程对患者来说更安全。

牙科医生可以使用医学教育特定的虚拟现实模型来使用触觉反馈，从而为其提供更真实的医疗操作感。

手术模拟中的触觉反馈

计算机和移动设备

我们每天都在与台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机等设备进行互动。在指定的设备中结合触觉反馈以及对不同用户动作的相关反应可以带来更好的用户体验，从而获得更高的客户满意度。

公共技术领域中触觉反馈的著名案例是苹果产品。从2015年开始，最新的MacBooks的触控板和iPhones的屏幕都加入了Taptic引擎专利以产生强制触摸和3D触控感，IOS系统会对用户执行的不同动作提供不同反应，以创建独特、完美的用户体验。

游戏和娱乐

几乎任何吸引人的新技术都不可避免地要在游戏和娱乐领域接受测试，因为这一领域充斥着大量利润，同时也推动了技术的进步。各种类型的触觉反馈也不例外。

近些年沉浸式互动数字景点的数量呈爆炸性增长，遍布商场和主题公园，这其中也包含高质量的触觉反馈与力反馈技术的应用，对于普通游客这种“神奇”的力反馈效果往往更加能够吸引他们的注意。

当然，从触觉技术出现的那一刻起，就已经运用到游戏中了。通过利用操纵杆、游戏手柄、方向盘、带力或电触觉反馈的喷气座椅等控制器可以向玩家传递的各种物理感觉，这让在屏幕或VR画面中的游戏更加真实。通过使用不同参数的电信号，触觉设备可以再现射击武器的后坐力、方向盘阻力、子弹击中效果、雨或沙尘暴天气等多种效果。现代的游戏主机控制器如索尼Playstation 5控制手柄和任天堂Switch都使用触觉反馈技术来丰富玩家的游戏体验。

TESLASUIT

TESLASUIT的全身触觉反馈系统使用肌肉电刺激（EMS）和经皮电神经刺激（TENS）来模拟一系列现实生活中的感受和感觉。TESLASUIT可以根据平板屏幕或沉浸式虚拟现实设备（VR/AR头戴式显示器）上体验的视觉模拟提供相应的物理触觉反馈。