据外媒报道，由美国西北大学（Northwestern University）研究人员领导的团队开发出种新型可穿戴设备，可以刺激皮肤以传递各种复杂的感觉。
（图片来源：西北大学）
这种设备薄而灵活，可以轻柔地贴在皮肤上，提供更逼真、更身临其境的感官体验。这种新设备显然适合游戏和虚拟现实（VR）。但是，研究人员还想将其应用于医疗保健领域，例如帮助有视力障碍的人“感受”周围环境，或向佩戴假肢的人提供反馈。
基于“表皮VR”
这是西北大学生物电子学先驱John A. Rogers在可穿戴技术方面的最新进展，相关论文发表在期刊《自然（Nature）》上。这项新研究基于2019年发表的研究成果，当时Rogers的团队引入了“表皮VR”。这种皮肤接口系统可通过大面积皮肤上的一系列微型振动执行器传递触觉，并实现快速无线控制。
Rogers表示：“比起我们在2019年原始论文中用于演示车辆的简单‘蜂音器（buzzers）’，这种新微型皮肤执行器的功能要强大得多。具体来说，这些微小的设备可以在一定频率范围内提供可控力，无需连续施加功率即可提供恒定的力。另一个版本允许相同的执行器在皮肤表面提供温和的扭转运动，以补充提供垂直力的能力，从而增强这些感受的真实感。”
Rogers与西北大学Yonggang Huang、中国西湖大学的姜汉卿和中国大连理工大学的解兆谦共同领导了这项工作。姜教授的团队构建了实现扭转运动所需的小型修改结构。
利用皮肤储存的能量
这款新设备由19个小型磁力执行器组成，呈六角形排列，封装在薄而灵活的硅胶网状材料中。每个执行器都可以传递不同的感觉，包括压力、振动和扭转。该设备使用智能手机中使用的蓝牙技术接收有关人周围环境的数据，并将其转化为触觉反馈，用一种感觉（如视觉）替代另一种感觉（触觉）。
该设备由一块小电池供电，但采用灵巧的“双稳态”设计，从而节省了能源。这意味着它可以保持在两个稳定的位置，而无需要恒定的能量输入。当向下按压执行器时，它可以将能量储存在皮肤和设备的内部结构中。当执行器向上推时，该装置使用少量能量来释放存储的能量。因此，该装置仅在执行器改变位置时使用能量。凭借这种节能设计，该设备可以在单次电池充电情况下工作更长时间。
研究人员Matthew Flavin表示：“我们的想法不是对抗皮肤，而是最终利用机械储存在皮肤中的能量作为弹性能量，并在设备运行期间将其恢复。就像拉伸橡皮筋一样，压缩弹性皮肤可以储存能量。然后，我们可以在提供感官反馈的同时重新应用这些能量，这是创造这个真正节能系统的最终基础。”
为了确定最佳设计，Huang的团队进行了系统的计算建模，以检测该设备如何通过电磁驱动与皮肤相互作用。Huang表示：“这种双稳态设计必须普遍适用于所有类型的人体皮肤。计算建模可以实现精确优化，从而确保实现这种能力。仅通过反复试验是不可能实现这一点的。”
用触觉代替视觉
为了测试该设备，研究人员蒙住健康受试者的眼睛，以测试他们避开路上物体的能力，以及改变脚的位置以避免受伤，改变姿势以改善平衡的能力。其中一项实验是让受试者穿过布满障碍物的路径。当受试者接近一个物体时，该设备在其右上角以光压的形式提供反馈。随着受试者进一步靠近物体，反馈变得更强烈，更加接近设备的中心位置。
只需进行短时间的训练，使用该设备的受试者就能实时改变行为。Flavin表示，通过用机械信息代替视觉信息，该设备“的操作方式与白色盲杖非常相似，但比起使用更普通的辅助工具，人们可以通过它获得更多的整合信息”。
Rogers表示：“作为几个应用实例之一，我们展示了这个系统可以支持基本‘视觉’版本，基于通过智能手机上使用的3D成像功能（LiDAR）收集的数据，以触觉模式的形式传递到皮肤表面。这种‘感官替代’可以提供原始但有功能意义的周围环境感觉，而不依赖于视力，对视力受损的人很有用。”
