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图1 具有完整 FOM 执行器的多感觉触觉接口
FOM执行器不仅能再现日常触觉体验,还能够通过编程激活皮肤中的机械感受器来传递信息。研究表明,触觉刺激的方向、频率、强度、节奏和位置等参数结合在一起,可以显著增强信息传递。触觉界面能够为视力受限者提供导航或其他输入,作为一种辅助感知系统,不会干扰他们的主要听觉功能。佩戴智能眼镜的人通过背部的FOM执行器引导,成功抓取瓶子和格兰诺拉棒(图2A)。智能眼镜与手机共享视图,手机识别手部和目标物体的位置,并向FOM执行器发送命令。当视觉数据包括深度信息时,导航系统能提供更详细的指导。根据手的位置,相同的命令会产生不同的触觉刺激,作为感知参考坐标。例如,命令将手向上移动时,对于中立手势,会产生x方向的正触觉刺激,而对于掌心朝下的手则转化为z方向的刺激(图2B)。执行器中的IMU测量重力加速度,判断手的姿势并发出相应的命令(图2C)。通过这种触觉导航,个体成功地定位了瓶子和格兰诺拉棒。FOM执行器能够再现指尖的真实纹理感知,利用IMU提供的手指运动方向和速度信息(图2D)。通过摩擦系数和施加的正向力,FOM执行器在指尖表面生成剪切力和振动频率,从而重现纹理感知(图2E和图2F)。在实验中,受试者能够在虚拟的垂直和水平抚摸模式下,96%的成功率区分六种不同的表面(图2G和图2H)。

图2 FOM 执行器实现的手部导航系统和逼真的纹理感觉的再现
触觉界面作为一种替代感知系统,不仅为听力受损者提供了体验音乐的机会,还能增强没有听力障碍者的音乐体验(图3A)。FOM执行器平台可以将声音波的频率和强度转化为触觉振动力,进行适当的控制。挑战之一是再现音色差异,尽管频率相同,不同乐器的音色不同。FOM执行器通过方向控制,能够产生不同音质的振动,这是传统执行器无法做到的。该技术可以使单个FOM执行器再现不同乐器的音乐(图3B)。具体过程包括使用机器学习算法分离乐器和人声组件,分析其频率和强度,并将这些信息转化为触觉振动。在示例中,音乐中的人声、电吉他和鼓被转化为触觉振动,测试结果表明,触觉界面能够通过单个执行器感知到不同音调的振动,并识别不同乐器(图3C)。
图3 替代感知:音乐的触觉感知

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