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2008 年 ， 美国国家工程院曾评选出 21 世纪 14 大科技挑战 ， 其中明确指出“虚拟现实技术亟待解决虚拟触觉反馈等技术问题 。 ”
当前 ， 人机交互的方式已从键盘、鼠标、屏幕等较为传统的设备逐渐扩展为包括触屏、可穿戴设备、头戴显示器、全息投影等各具特色的新型交互设备 ， 这些设备不仅可以提升人机交互的体验与效率 ， 在提供沉浸式体验方面也具有巨大的优势 。
其中 ， 基于摩擦力的表面触觉设备通过在触屏表面改变局部摩擦力 ， 以获取不同的触觉体验 ， 不需要用户携带额外的器械 ， 因此获得了广泛应用 。 然而 ， 现有的摩擦力调控表面触觉技术却存在着较为严重的技术局限 ， 限制了这类技术的商业化 。
近日 ， 来自美国德克萨斯州 A&M 大学的研究团队 ， 首次提出了利用触屏表面温度来改变表面摩擦力的新型表面触觉技术 ， 并且论证了温度改变手指表面摩擦力的内在机理 ， 为未来虚拟触觉技术的实现提供了更多的可能性[1] 。

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图 | 相关论文（来源：Science Robotics）
相关研究成果发表在 Science Robotics 期刊 ， 论文以《通过表面温度的变化对虚拟形状进行表面触觉渲染》（Surface haptic rendering of virtual shapes through change in surface temperature）为题 ， 目前就职于香港理工大学机械工程学系的助理教授马源为共同第一作者及通讯作者 ， 德克萨斯 A&M 大学机械工程系 Candidate 崔昌铉（Chang Hyun Choi）博士担任共同第一作者 ， 辛西娅·希普威尔（ M. Cynthia Hipwell）教授担任通讯作者 。
受橡胶等材料启发 ， 首次提出以表面温度调节手指摩擦力

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据马源介绍 ， 团队之所以会考虑到利用触屏表面温度来改变表面摩擦力 ， 是受到橡胶等材料摩擦力会随温度增大而提升的启发 。
“我们发现温度对摩擦力具有一定的调控作用 ， 因此我们思考这种调控作用是否可以作为新的表面触觉摩擦力调控方法 ， 从而为表面触觉领域提供一种新的可用技术 。 ”马源表示 。
首先 ， 该团队利用玻璃与加热元件设计了被部分加热的玻璃表面 ， 实测摩擦力后发现：在被加热的区域 ， 手指摩擦力会比未被加热的区域摩擦力更大 。
在此实验观测的基础上 ， 他们进一步设计了一系列摩擦学实验与心理物理学实验 ， 证明利用玻璃加热的方式的确可让用户在手指滑过表面时感受到并非真实存在的凸起 。
通过精细的建模 ， 团队发现导致摩擦力产生变化的成因有两个 ， 其一为手指皮肤粘弹性参数随温度的变化；其二为手指皮肤随其含水量提升而软化 ， 而且通过实验观测可发现 ， 手指皮肤含水量会随着接触表面温度的提升而提升 。

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（来源：Science Robotics）
最终 ， 在实验证实了技术可行性的前提下 ， 该团队通过模拟和理论分析 ， 确定了用户在 18℃ 温度差的范围内并不会感受到表面的温度提升 ， 却可以感知到虚拟凸起的存在 。
马源指出 ， 研究过程中较大的挑战在于 ， 虽然实验结果清晰地反映出了手指皮肤摩擦力会随温度变化 ， 但对于其机理的解释却比较复杂 。
【继AM封面之后，德克萨斯州A&M大学团队提出新型表面触觉技术】