城大开发无线柔软的电子皮肤用于虚拟世界中的交互式触摸通信

在不久的将来，通过互联网感受彼此的拥抱可能成为可能。香港城市大学 (CityU)领导的研究团队最近开发了一种无线软电子皮肤，它可以检测和传递触觉，并形成一个允许一对多用户交互的触摸网络。它为增强远距离触摸通信的沉浸感提供了巨大的潜力。

“随着虚拟现实和增强现实(VR 和 AR)的快速发展，我们的视觉和听觉感官不足以让我们创造身临其境的体验。触摸通信可能是我们在虚拟宇宙中互动的一场革命，”城大生物医学工程学系副教授于新阁博士说。

虽然市场上有许多触觉界面可以模拟虚拟世界中的触觉，但它们仅提供触摸感应或触觉反馈。新型电子皮肤的独特之处在于它可以在同一界面上执行自我感知和触觉再现功能。

皮肤贴片设备提供触摸感应和触觉再现的集成功能

电子皮肤包含 4 X 4 阵列中的 16 个柔性执行器(兼传感器)、一个微控制器单元 (MCU)、一个蓝牙模块和柔性电路板上的其他电子设备。所有组件都组合在一个 7 厘米 X 10 厘米、4.2 毫米厚的类似皮肤贴片的设备中。

按钮式执行器，大小与 10 港分硬币相当，是电子皮肤的核心部分。每个执行器均由柔性线圈、软硅胶支架、磁铁和聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 薄膜组成，它们基于电磁感应执行触摸感应和触觉反馈功能。

一旦致动器被外力按下和释放，就会感应出电流，为另一个电子皮肤贴片中的相应致动器提供触觉电信号。发送者按压得越深，在另一个电子皮肤上产生的感觉就越强、时间越长。

电子皮肤贴片电路板上的模数转换器将致动器产生的电信号转换为数字信号。然后数据通过蓝牙传输到另一个电子皮肤上的执行器。

当接收到信号时，会感应出电流，通过机械振动在接收器的电子皮肤上再现触觉反馈。该过程可以逆转，将振动从接收者的电子皮肤传递到发送者的相应致动器。

虽然每个执行器一次只能执行一项任务，但电子皮肤上的其余 15 个执行器可以相互补充并执行传感或触觉再现功能，从而使电子皮肤贴片同时实现双向触摸传输。

Touch IoT 提供了广泛的潜在应用

“我们的电子皮肤可以与蓝牙设备通信，通过互联网与智能手机和电脑传输数据，进行超远距离的触摸传输，形成触摸物联网(IoT)系统，一对一和一对一可以实现多点触摸传送。不同地方的朋友和家人可以用它来‘感受’彼此，”于博士说。“这种触摸形式克服了空间的限制，极大地减少了人类交流中的距离感。”

接下来，研究团队将重点关注视障人士的实际应用，他们可以佩戴电子皮肤获得远程定向引导和阅读盲文信息。

研究成果以“通过无线自感知和触觉再现电子皮肤实现的触摸物联网”为题发表在科学期刊《科学进展》上。

第一合著者为余博士研究团队的博士后李登峰博士、生物医学工程博士后姚宽明博士、城大生物医学工程博士生周景坤先生和何家辉先生，以及大连大学的刘思彤女士技术(DUT)。通讯作者为大连理工大学于博士、谢兆谦教授和腾讯机器人X的戴元博士。该研究得到城大和香港研究资助局的支持。