软性、可伸缩电子设备：触觉技术的未来

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软性、可伸缩电子设备：触觉技术的未来

2024年6月28日，加州大学圣地亚哥分校（2024USNews美国大学排名：28）的研究团队开发了一种软性、可伸缩的电子设备，能够在皮肤上模拟压力或振动的感觉。这项设备通过向皮肤发送微弱电流来产生触觉，为虚拟现实、医疗假肢和可穿戴技术等领域的先进触觉设备的发展铺平了道路。这一突破性的研究成果不仅展示了软性、可伸缩材料在触觉技术中的巨大潜力，也为未来的多种应用场景提供了新的可能性。

软性、可伸缩电子设备的发展

加州大学圣地亚哥分校的研究团队开发的这款设备由软性、可伸缩的电极和硅胶贴片组成，可以像贴纸一样贴在手指或前臂上。通过调整电刺激的频率，参与者可以体验到被归类为压力或振动的感觉。这一技术的核心在于其软性、可伸缩的材料，这些材料能够无痛地传递电信号，避免了传统刚性金属电极可能引起的疼痛问题。

这种新型设备的开发不仅是触觉技术的一大进步，也为其他领域的研究提供了新的思路。例如，水凝胶在神经接口技术中的应用前景也得到了广泛关注。2024年6月12日，清华大学深圳国际研究生院的研究团队在《Communications Materials》期刊上发表了一篇综述文章，探讨了水凝胶在神经接口技术中的应用前景。水凝胶因其体积电容、可定制的导电性和类组织的机械性能，成为一种更高效、低损伤且稳定的替代材料。

微弱电流在皮肤上产生压力或振动感觉

加州大学圣地亚哥分校的研究团队通过向皮肤发送微弱电流，成功地在皮肤上产生了压力或振动的感觉。这一技术的实现得益于软性、可伸缩的电极材料，这些材料能够无痛地传递电信号，避免了传统刚性金属电极可能引起的疼痛问题。研究人员通过调整电刺激的频率，使参与者能够体验到不同类型的触觉感觉。

这种技术的应用前景非常广泛，特别是在虚拟现实、医疗假肢和可穿戴技术等领域。例如，在虚拟现实中，触觉反馈可以大大增强用户的沉浸感，使虚拟体验更加真实。在医疗假肢领域，触觉反馈可以帮助使用者更好地控制假肢，提高生活质量。在可穿戴技术中，触觉反馈可以用于健康监测和运动指导，提供更加个性化的服务。

软性、可伸缩材料的优势

与传统的刚性金属电极相比，软性、可伸缩材料在传递电信号方面具有显著优势。传统的硅或金属电极由于与生物组织的机械不匹配，长期使用会引发免疫反应和功能不稳定等问题。而软性、可伸缩材料则能够更好地适应皮肤的形状和运动，减少不适感和潜在的健康风险。

水凝胶作为一种新型材料，在神经接口技术中的应用前景也得到了广泛关注。水凝胶因其体积电容、可定制的导电性和类组织的机械性能，成为一种更高效、低损伤且稳定的替代材料。水凝胶的三维聚合物网络结构使其具有可调的杨氏模量和导电性，适用于多种应用场景。例如，水凝胶可以作为电极涂层材料，显著改善电极的电化学性能，减少阻抗，增加电荷注入能力，并提供机械缓冲，确保与组织的稳定接触。

触觉设备在虚拟现实、医疗假肢和可穿戴技术中的应用

触觉设备在虚拟现实、医疗假肢和可穿戴技术中的应用前景非常广阔。在虚拟现实中，触觉反馈可以大大增强用户的沉浸感，使虚拟体验更加真实。例如，用户在虚拟环境中触摸物体时，可以通过触觉设备感受到物体的质地和形状，从而提高虚拟现实的真实感。

在医疗假肢领域，触觉反馈可以帮助使用者更好地控制假肢，提高生活质量。例如，使用者可以通过触觉设备感受到假肢的运动和位置，从而更精确地控制假肢的动作。此外，触觉设备还可以用于康复训练，帮助患者恢复感觉和运动功能。

在可穿戴技术中，触觉反馈可以用于健康监测和运动指导，提供更加个性化的服务。例如，触觉设备可以通过振动提醒用户进行运动，或者通过压力反馈指导用户进行正确的运动姿势。此外，触觉设备还可以用于监测心率、血压等健康指标，提供实时的健康监测和预警。

触觉反馈技术在家庭远程康复中的应用

COVID-19大流行突显了开发和实施新型家庭远程康复手段的必要性，以便为需要治疗的残疾人提供远程评估和训练。尽管躯体感觉输入对运动功能至关重要，但目前大多数远程康复疗法和技术主要集中在评估和训练运动障碍，而忽视了躯体感觉方面。将触觉设备整合到家庭康复实践中，有可能通过增强的触觉反馈和触觉互动来促进感觉运动障碍的恢复，并通过在丰富的环境中练习来促进功能性进步。

触觉反馈设备可以通过提供额外的感觉线索来指导患者如何改善运动，并可能帮助他们更快或更容易地实现目标。例如，振动是最简单和最常见的触觉刺激技术，广泛应用于手机、手表、游戏和家用电器中。皮肤变形通过设备对皮肤施加压力并结合横向移动来引起。空气中刺激则通过超声波在空气中传递能量，避免了与皮肤的直接接触。

尽管这些技术在家庭实践中具有很大的潜力，但目前触觉反馈设备尚未成为康复的常见解决方案。文章呼吁传感运动神经科学家、技术开发者和临床医生共同努力，克服这些挑战，以成功地将触觉技术整合到神经康复计划中。

结论

加州大学圣地亚哥分校的研究团队开发的软性、可伸缩电子设备在触觉技术领域迈出了重要的一步。这一技术通过向皮肤发送微弱电流，成功地在皮肤上产生了压力或振动的感觉，为虚拟现实、医疗假肢和可穿戴技术等领域的先进触觉设备的发展铺平了道路。软性、可伸缩材料在传递电信号方面具有显著优势，能够无痛地传递电信号，避免了传统刚性金属电极可能引起的疼痛问题。

未来，触觉设备在虚拟现实、医疗假肢和可穿戴技术中的应用前景非常广阔。触觉反馈可以大大增强用户的沉浸感，提高虚拟现实的真实感；帮助使用者更好地控制假肢，提高生活质量；用于健康监测和运动指导，提供更加个性化的服务。此外，触觉反馈技术在家庭远程康复中的应用也具有很大的潜力，可以通过增强的触觉反馈和触觉互动来促进感觉运动障碍的恢复。

总之，软性、可伸缩电子设备的发展为触觉技术的未来提供了新的可能性，也为多种应用场景提供了新的解决方案。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，触觉设备将在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和改善。