指尖设备可为各种应用提供逼真的触觉

Josiah02 · 发表于 2024-9-14 21:29:55

由伦敦大学学院研究人员领导的团队开发的一种指尖设备可以紧密模拟与真实物体互动的感觉，为诊断触觉丧失、视频通话、机器人手术和危险废物处理等应用铺平了道路。
这项研究发表在《自然通讯》杂志上，描述了新触摸相关技术的开发，该技术能够在人类指尖传递真实的反馈，从而比以前的设备更自然地模拟触摸。
该技术的设计越逼真，意味着它将有助于更好地理解我们触觉的复杂性，并且其广泛的应用范围目前已被考虑。
该技术的一个潜在应用是提高对失去触觉患者的诊断。目前，这种诊断是通过临床医生用越来越重的单纤维刷触摸皮肤并询问患者是否能感觉到来判断的，从而判断感觉丧失的位置和严重程度。
仿生触觉 (BAMH) 系统可用于自动化这一过程，加快其速度，释放临床医生的时间并提供更多经验数据作为诊断依据。
这项研究的作者、伦敦大学学院机械工程系的 Helge Wurdemann 教授表示：“BAMH 系统增强了我们量化敏感度（人类感知触摸所需的最小刺激强度）和人类手指刺激区分的能力。通过降低当前诊断方法的主观性，我们认为该系统可以显著改善这一过程。”
该团队已获得伦理批准，将开展临床试验来测试该应用，目前正在进行中。该技术的另一个潜在应用是改进机器人手术技术。
这项研究的作者、伦敦大学学院机械工程系的萨拉·阿巴德博士说：“例如，外科医生可以用手感觉到癌组织和正常组织之间的差异，这有助于他们在切除肿瘤之前确定肿瘤的边缘。但如果他们使用机械臂进行手术，无论是在房间内还是远程，这种触觉能力就会丧失。
“我们认为 BAMH 系统可以恢复部分感觉，我们希望在不久的将来进行临床试验来验证这一理论。”
人类触觉感知的复杂性长期以来一直是开发有效触觉相关设备的障碍，通常导致系统难以提供直观和真实的反馈。BAMH 系统受到人类感知功能方式的启发，通过刺激人体皮肤中四种主要类型的触觉受体来解决这些挑战。
沃德曼教授说：“人类的触觉涉及四种受体捕捉的感觉，这些受体在指尖的不同区域以不同的比例存在。例如，有些受体更擅长检测边缘，而另一些受体更擅长解读纹理。当我们触摸物体时，我们会接收到复杂的刺激，这些刺激有助于我们准确地感知它们。
“我们开发的系统可以在指尖的各个点产生静态和脉冲刺激，其强度水平可以低于或超过人类敏感度阈值。重要的是，这些刺激是在与触摸皮肤受体的敏感度相匹配的频率范围内传递的，从而实现与日常生活中与真实物体互动的感觉非常相似的触摸体验。”
BAHM 系统发出的脉冲位于皮肤触觉受体 0-130 赫兹的灵敏度范围内。这可以更精确地激活手指前部、底部和侧面区域的触觉受体，从而产生更准确和选择性的感觉。
研究还发现，人类手指对刺激的敏感度在指尖的不同区域和不同频率下是不同的，这凸显了向手指的每个区域提供正确类型的刺激以获得更真实、更准确的体验的重要性。
Abad 博士表示：“现有的触觉反馈系统通常需要用户接受培训，以便他们能够正确解读他们所经历的刺激，部分原因是现有系统能够提供的感觉范围有限，也因为这些系统的僵化。这一挑战促使我们提出疑问：我们如何才能以一种能够实现更自然的触觉反馈的方式来刺激皮肤，从而减少对大量用户培训的需求？
“为了解决这个问题，我们采用了一种生物启发方法，重点研究我们对物体边缘、纹理和皮肤拉伸等特征的感知如何在很大程度上依赖于我们皮肤内的四种主要受体。由此产生的技术提供了一种将触觉融入我们虚拟社交互动的方法，也可以作为敏感性丧失患者的触觉诊断工具。”
9 月 14 日星期六，Wurdemann 教授和 Abad Guaman 博士将在东伦敦大学举办的英国科学节上展示他们的创新成果。科学节的参与者将有机会亲身感受这项技术如何在他们的前臂上模拟现实世界的感觉，展示数字和现实生活的联系如何更加紧密。

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