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研究背景

尽管视觉和听觉已经实现了高度数字化，触觉领域仍缺乏与人类感知相匹配的数字接口。现有的触觉反馈技术（如振动）无法传达真实触觉的丰富性。人类指尖对触觉的空间分辨率约为1毫米，且对0-1000赫兹的频率敏感。因此，开发一种能够达到人类触觉分辨率的可穿戴触觉显示设备具有重要意义。

研究内容

美国西北大学Sylvia Tan团队介绍了一种名为VoxeLite的高带宽、高密度可穿戴触觉显示设备，旨在匹配人类指尖的空间和时间感知能力。VoxeLite由0.1毫米厚、0.19克重的软电粘附执行器（节点）阵列组成，能够通过微制造技术实现高达110节点/平方厘米的密度，并产生高达800赫兹的刺激。研究通过心理物理学和仿生感测验证了其在渲染小尺度触觉图标和虚拟纹理以及传输物理表面信息方面的能力。该工作以“Toward human-resolution haptics: A high-bandwidth, high-density, wearable tactile display”为题，发表在Science Advances期刊上。

文章亮点

高密度与高带宽：VoxeLite实现了高达110节点/平方厘米的密度和800赫兹的感知带宽，接近人类触觉感知极限，能够提供丰富的触觉信息。

轻薄与贴合性：设备仅0.1毫米厚，重量轻且能贴合皮肤，不影响自然触觉，适合长时间佩戴。

透明性与兼容性：在被动模式下，VoxeLite能够透明地传输真实触觉信息，支持虚拟与现实触觉的无缝切换，不影响用户与物理世界的交互。

应用场景广泛：可用于虚拟现实、增强现实、机器人交互以及辅助触觉通信等领域，具有广阔的应用前景。

独立节点控制：每个节点可独立控制，支持复杂的时空触觉模式，能够精确模拟各种纹理和触觉反馈。

图1：展示了VoxeLite的设计和工作原理，包括不同尺寸和配置的节点阵列，以及主动和被动模式下的工作状态。

图2：说明了VoxeLite的拉伸性和贴合性，以及其在不同应用场景中的使用示例，如轮廓追踪、按钮定位和增强现实。

图3：展示了VoxeLite的时间分辨率特性，通过实验验证了其在不同频率下的力响应和振动感知能力。

图4：展示了VoxeLite的空间分辨率特性，通过仿生手指传感器验证了独立节点运动和正常、侧向位移的能力。

图5：总结了用户实验结果，证明了VoxeLite在传递小尺度触觉图标和虚拟纹理方面的有效性，以及在真实触觉信息传输中的透明性。
总结与展望
作者成功开发了Voxelite——一种基于高密度软电粘附执行器阵列的可穿戴触觉显示器，实现了与人类指尖感知极限相匹配的高空间分辨率（最高110节点/平方厘米）与高时间带宽（可达800赫兹）。其独特的“触觉透明”特性与柔软、轻薄的形态，使其能够在主动渲染虚拟触感与被动透传真实触觉之间无缝切换，为人机交互带来了前所未有的真实感与沉浸感。展望未来，Voxelite为构建真正“人类分辨率”的触觉交互奠定了关键的平台基础。首先，它有望推动虚拟现实、增强现实及元宇宙体验的质的飞跃，使用户不仅能“看到”、“听到”，更能真切地“触摸”到虚拟物体与纹理。其次，在远程操作与遥操作机器人领域，该技术可实现高保真的力触觉反馈，极大提升操作精度与安全性。此外，在辅助技术方面，它能为视障人士提供高分辨率的环境轮廓触觉导航，或用于数字触觉通信。下一步研究将致力于实现系统的无线化与多指覆盖集成，探索个性化校准与长期佩戴的舒适性方案，并深入研究最优的节点排布与编码策略，以进一步提升触觉的真实感与通信效率。最终，Voxelite所代表的技术路径，将有力推动触觉数字化进程，模糊物理世界与数字世界之间的感知边界。