Nature 最新报道 | 嵌入双稳态弹性薄壳的气动织物触觉马甲 | 把整个躯干变成一块可编程的触觉显示屏
一项来自学术团队的研究:这件约1.6公斤的马甲,正在把人的整个躯干变成一块可编程的触觉显示屏。它不靠视觉、不靠听觉,直接通过皮肤向人传递位置、时序和事件信息。
同一件衣服上的同一个触觉单元,能输出短促冲击、周期性振动和持续按压三种完全不同的触觉信号——这意味着触觉第一次具备了像视觉像素一样被"编码"的可能性。
自然触觉本身就是多维度的。轻拍是短促的冲击,手机震动是周期性的振荡,握手是持续的压力——它们在时间尺度和力学波形上完全不同,对应不同的信息含义。
研究团队的解法,是利用弹性薄壳在两种稳定构型之间的快速跳变效应(Snap-through):
短促冲击 薄壳瞬间跳变,输出约 14N、0.5毫秒 的冲击
周期性振动 双稳态快速交替切换,产生最高 10Hz 的振动
持续按压 缓慢充气让薄壳维持在稳态,输出持续恒定的静态按压
同一个织物单元,一套物理结构,三种特征清晰区分的触觉输出——这是整项研究最核心的物理创新,也是构建"触觉词汇表"的基础。
大面积触觉阵列真正的工程难题不是材料,是管线。如果每一个触觉单元都配独立阀门和气路,96个单元就是96路管线,整件衣服会笨重到无法穿戴。
研究团队的做法是把触觉单元布置在纵向和横向织物气路通道的交叉节点上。只有对应的行和列同时加压,交叉位置的单元才会被触发——这是气动版本的"与逻辑"。控制器数量等于行数加列数,而不是单元总数。6×8阵列只需要28路控制,替代了传统方案需要的96路独立阀门。
这一设计的意义在于:它让"大面积触觉阵列"第一次具备了做成日常衣物的硬件可行性。
技术参数之外,研究团队完成了两组人体验证,检验触觉传递信息的实际效果。
验证一|感知实验
受试者对冲击和振动的识别准确率均超过96%,对不同等级压力的识别率为 77%至93%。脑电EEG记录进一步证实,三种触觉刺激诱发了不同模式的事件相关电位——大脑确实在以不同方式处理这些触觉信号。
验证二|应用场景
VR场景:虚拟人物拍肩、拥抱时,马甲对应位置输出冲击信号加腰背部持续按压,复现社交接触的躯体触感。
导航场景:受试者在蒙眼加隔音耳塞的条件下,依靠马甲传递的触觉提示行走转向,平均转向耗时从使用盲杖的 41.33秒 降至 20.25秒,方向判断准确率 100%,台阶判断准确率 97%。
研究团队在总结中坦诚列出了原型的不足,这些局限比成果本身更值得关注:
· 整机重量约 1.6公斤,穿戴负担仍然偏重
· 受阀门限制,振动频率上限仅 10Hz
· 当前只能输出法向压力,无法实现剪切和扭转刺激
· 气密性气腔容易蓄热
· 单单元万次切换通过,但整件衣物的水洗和长期穿戴稳定性仍待验证
· 受试者均为经过训练的健康普通人,尚未针对视障目标用户开展专项测试
从"实验室原型"到"日常衣物",隔着水洗、重量、散热和长期可靠性四道关。
这项 Nature 报道的研究,核心价值不在于做出了一件会震动的马甲,而在于提出了一种新的信息传递范式:把人体躯干整体作为一块分布式触觉显示屏,用皮肤替代屏幕和耳机来接收时空信息。
双稳态薄壳解决了"一种结构输出三种触觉",气动逻辑寻址解决了"大面积阵列管线爆炸",两组人体验证证明了"触觉传递信息"的可行性。但从1.6公斤的原型到一件可以日常穿着的马甲,中间还有水洗、散热、轻量化和真实用户验证的漫长工程化之路。
触觉交互的想象力已经被打开,接下来的问题是:材料行业能否为这件衣服提供更轻、更薄、更可靠的柔性基底和封装方案。
数据来源
Nature报道及论文原文:DOI 10.1038/s44460-026-00139-8
双稳态弹性薄壳触觉输出参数(14N冲击力、0.5ms脉宽、10Hz振动频率):论文实验数据
气动行列与逻辑寻址方案(6×8阵列28路控制替代96路阀门):论文技术方案
人体验证数据(冲击/振动识别>96%、压力识别77%-93%、导航转向41.33s→20.25s、方向判断100%、台阶判断97%):论文实验结果
原型局限(1.6kg重量、10Hz频率上限、仅法向压力输出、气腔蓄热、水洗稳定性待验证):论文总结与展望章节
注:文献链接:https://doi.org/10.1038/s44460-026-00139-8,本文内容参考自“柔性电子服务平台”公众号整理推文,仅用于学术分享,如有侵权请后台联系小编删除文章。