视频中的人，蒙着眼睛，只需要用手指触摸，就可以辨别出纸上的字母。实现这个能力，用的是一个重量仅为 1.3 克的设备。而负责给指尖传导信号的硅胶薄膜，只有 18 微米厚。这个厚度，薄于一张普通 A4 纸厚度（104 微米）的五分之一，也远远小于人体表皮的厚度（数十到上千微米）
这是中国科学家冀晓斌领衔开发出的新型设备，只用 1.3 克的重量，能够产生 1 到 500Hz 的震动信号，给手指传递不同的触感。实现 “盲人摸字” 的原理很简单，用发光二极管作为传感器，感知纸面反光的强度，将信号传递给一个微型控制器。当触碰到黑色的区域，设备就会自动开启，将异样的触觉传递给指尖。人通过触觉反馈，就能识别出图案。
这个设备的名字叫做 feel-through DEA(下称 FT-DEA)，“盲人摸字”的试验，只是对其功能的一个验证。更重要的是，这种轻巧的触觉传感器，提供了一种新型的人机交互界面，具有高灵敏度和宽信号频域，如果跟不同的 VR 或 AR 设备结合，就可以开发出更逼真的虚拟现实或增强现实体验。
冀晓斌介绍，”feel-through”表明了这款新型穿戴装置的优势。由于其轻薄的特性，18 微米的薄膜既能够传递给手指额外的触觉信号，同时又保持了人手指日常的感觉和活动功能。“戴上这个装置，继续敲键盘，喝咖啡，或者是触摸其它物品，都不会受影响。”
冀晓斌于 2013 年和 2015 年先后在法国获得学士与硕士学位，2019 年在瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）获得微系统与微电子博士学位，回国后，成为河北工业大学校聘教授，属于该校李铁军教授团队成员，研究方向是小型智能软体机器人系统与可穿戴设备。
他告诉 DeepTech，自己原本在 EPFL 做博士后，12 月回国，正好赶上疫情，就辞去了在瑞士的工作，决定在国内高校任职。在几个选项中，他被河北工业大学所提供的资源和平台所打动，最终选择了这里，目前他正在筹备自己的实验室。
图 | a. 指尖上的 Feel-through DEA 触觉设备；b. 佩戴 FT-DEA 弹钢琴（来源：论文）
超薄触觉反馈装置，实现新的人机界面
一提到 VR 和 AR 设备，标志性的设备就是头戴眼镜，它能够呈现出栩栩如生的画面和声音。但这只是虚拟体验的一部分，更困难的是提供虚拟触觉。
目前，实现与虚拟对象的互动，需要使用手持的电机设备，它们不仅笨重，也只能传导非常粗糙的触感，使用的时候，需要以特定的姿势持握，对人的动作限制也很大。也就是说，现有的手持设备，会阻止人手原有的力学感受功能，穿戴上以后，手指日常的功能就会受到影响。
图 | Valve Index VR 设备
要实现科幻电影里身临其境的 VR 和 AR，必须要有更轻便的触觉传感装置。冀晓斌和同事们的工作，就是在这一思路下诞生的。
能够做出如此轻便的设备，关键的技术在于以极低的电压输出高功率密度，从而将人类能够识别的信号送达到指尖。虽然硅胶薄膜只有 18 微米厚，但是在输出信号为 580Hz 时，功率密度能够大于 10?W/m3。
低驱动电压，使得 FT-DEA 的控制与供能设备可以做得足够小，来实现无线工作，这满足了穿戴设备的需求。
低电压的技术，是冀晓斌在博士课题中实现的突破。他在 EPFL 做博士期间，师从软体传感器实验室（EPFL—LMTS）主任 Herbert Shea 教授，完成了 “低电压高速率介电型弹性体驱动器” 的课题。高驱动电压是 20 多年来困扰 DEA 领域的一个基本问题。
所谓 DEA，是介电型弹性体驱动器的简称。冀晓斌介绍，这是一种电驱动的人工肌肉，可以将电能转化为机械能。
冀晓斌的博士课题成功地将 DEA 驱动电压降低了一个数量级，并且研发出了前所未有的高性能、低电压 DEA。
冀晓斌也针对开发的低电压、高性能 DEA 设计了新型应用，之前设计的软体机器昆虫，发表于机器人顶尖期刊 Science Robotics；此次的 FT-DEA 则是可穿戴的触觉反馈装置，于 2020 年 10 月发表于材料学期刊Advanced Functional Materials 上。两篇论文，冀晓斌都是一作。
图 | 冀晓斌（来源：受访者）
DEA 所使用的硅胶薄膜本身不导电，它双面涂上电极后相当于一个电容器，当充满电之后，两电极间产生的静电力在厚度方向压缩硅胶薄膜，从而让薄膜面积增大产生形变。这一过程把电能转化成了机械能。使用不同频率的控制电信号，可以控制驱动器的运行速率。 上一篇：巨星陨落！中国科学院院士、武汉大学教授张俐 下一篇：没有了