在遠(yuǎn)程位置之間實現(xiàn)人與人之間的觸覺傳輸

（中國AI網(wǎng) 2025年09月02日）在一項研究中，日本電氣通信大學(xué)團(tuán)隊介紹了一種名為TeleTouch的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)能夠在遠(yuǎn)程位置之間實現(xiàn)人與人之間的觸覺傳輸。 TeleTouch利用人類觸覺與生俱來的靈活性和敏感性，促進(jìn)自然直觀的遠(yuǎn)程交互。

它含兩個主要組成部分： 一種不覆蓋指尖的基于振動的觸覺傳感器，以及一種能夠復(fù)現(xiàn)人類指尖感知空間分辨率的高分辨率電觸覺顯示器。另外，集成增強(qiáng)現(xiàn)實頭戴式顯示器能夠?qū)崟r共享手部運(yùn)動和位置的視覺信息，從而增強(qiáng)情境感知并促進(jìn)協(xié)調(diào)的觸覺交互。

據(jù)介紹，所述項目旨在通過在遠(yuǎn)程人類操作者之間傳輸觸覺信息來實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作（圖 d1）。在大多數(shù)遠(yuǎn)程操作場景中，機(jī)器人部署在真實的工作環(huán)境中，環(huán)境數(shù)據(jù)（包括觸覺信息）被捕獲并作為感官反饋傳遞給遠(yuǎn)程操作者。

另一方面，盡管當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)取得了進(jìn)步，但人類雙手的靈活性依然優(yōu)于機(jī)器人。因此，如果能將遠(yuǎn)程操作者的觸覺和運(yùn)動能力有效地傳達(dá)給本地操作者，則可能實現(xiàn)最魯棒的遠(yuǎn)程操作。

在遠(yuǎn)程位置之間實現(xiàn)直接的人與人觸覺傳輸需要開發(fā)兩個關(guān)鍵技術(shù)要素。首先，有必要開發(fā)一種適用于真實工作環(huán)境且不干擾用戶（以下簡稱“發(fā)送者”）自然觸覺的觸覺傳感方法。如上所述，靈巧的人類操作依賴于工具抓握方向的信息。因此，不僅需要捕獲施加在指尖上的整體力，同時需要捕獲皮膚接觸的空間分布。

由于遠(yuǎn)程用戶是人而非機(jī)器人，將高精度的觸覺分布傳感器集成到指尖具有挑戰(zhàn)性。同時，佩戴手套式觸覺傳感器可能會損害發(fā)送者的自然觸覺。

第二個關(guān)鍵要素是開發(fā)一種觸覺顯示系統(tǒng)，能夠以足夠的空間分辨率向遠(yuǎn)程用戶（以下簡稱“接收者”）呈現(xiàn)觸覺信息。Sobue 等人報告稱，食指的觸覺敏銳度從指腹向指尖逐漸增加。因此需要能夠匹配這種自然觸覺敏銳度梯度的觸覺顯示器。

在本項目中，TeleTouch集成了一種不覆蓋指尖的基于振動的觸覺傳感器，以及一種復(fù)現(xiàn)人類空間敏銳度的高分辨率電觸覺顯示器。AR頭戴式顯示器則實時流式傳輸手部運(yùn)動和位置，實現(xiàn)共享的視覺上下文和協(xié)調(diào)的觸覺交互。

傳感模塊如圖 2 (a) 所示。它包含一個振動電機(jī) (LBV10B-009, Nidec) 和一組用于估計手指接觸信息的加速度與角速度傳感器 (BMX055, BOSCH)。系統(tǒng)使用一個偏心電機(jī)，引導(dǎo)手指進(jìn)行二維 (兩自由度) 的圓形振動。當(dāng)振動的手指接觸物體時，振動的特性（如振幅和相位）會根據(jù)物體的屬性而變化。振動數(shù)據(jù)表示為 X、Y、Z 軸的加速度和角速度的散點(diǎn)圖。

這些繪制點(diǎn) (????, ????) 轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo) (r, ??)，生成向量（圖 2 (b)）。得到的特征向量通過支持向量機(jī) (SVM) 進(jìn)行分類，用于估計關(guān)鍵的物體屬性。所述方法的一個顯著優(yōu)勢是它能在不阻礙指腹與物體直接接觸的情況下獲取觸覺信息。通過利用振動進(jìn)行主動傳感，系統(tǒng)能同時捕獲靈巧指尖操作所需的關(guān)鍵參數(shù)——包括物體邊緣方向、接觸位置和按壓力——并將觸覺數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)程用戶。

觸覺傳輸設(shè)備的觸覺呈現(xiàn)單元主要由一個電觸覺顯示器構(gòu)成（圖 3 (a)），顯示器的開發(fā)是基于觸覺敏銳度測量的結(jié)果。在此設(shè)計中，電極間距沿著指尖逐漸變化：近端(關(guān)節(jié)側(cè))為 2.5 毫米，食指指尖處為 1.25 毫米。

相關(guān)論文：TeleTouch : Human-to-Human Teleoperation with Bare Finger Tactile Sensing and High-Resolution Electro-tactile Display

https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3721257.3734029

另外，指腹兩側(cè)的電極間距明顯寬于指腹中央?yún)^(qū)域的間距（圖 3 (b)）。所有電極直徑為 1 毫米，它們安裝在柔性電路板上，而電路板分為前后兩部分并形成一個開槽，從而使顯示器能夠貼合指尖的彎曲形狀。設(shè)備每個指尖擁有 128 個電極，是首個能夠用刺激點(diǎn)覆蓋整個指尖的實現(xiàn)，從而能在兩個指尖進(jìn)行觸覺呈現(xiàn)。