比较两磁体指尖触觉设备的放置与极性配置

在指尖感受数字世界

随着虚拟和增强现实从实验室走入客厅，一个仍待解决的要素是自然的触感。本文探讨了一种小巧的可穿戴设备，可套于指尖并利用磁体产生令人信服的振动。通过研究如何布置这些磁体以及人们如何感知由此产生的感觉，研究者旨在让虚拟纹理、按钮和物体更像真实触感——所用信号甚至可以简单到录制的声音。

带有隐藏磁体的柔性套筒

研究团队在早期将单个磁体置于柔性硅胶指尖套中的工作基础上进行了扩展。在新设计中，两枚微型磁体嵌入橡胶护套内，由附近的线圈驱动，线圈产生变化的磁场。磁体对周围的软材料——从而对皮肤——施加推拉力，产生振动。研究者测试了不同布局：沿着手指长度放置磁体与横向放置，以及在给线圈通电时让磁体同向移动或反向移动的不同极性配置。

模拟手指的运动

在制造设备之前，团队使用了包含皮肤层、软组织和骨骼的详细指尖计算模型，模型中包裹着带有两枚磁体的硅胶护套。他们模拟了当磁体在不同频率下被驱动时指尖如何变形，从非常低的隆隆感到快速的嗡嗡感。模型表明，将磁体横向放置（从拇指侧到小指侧）比沿指向放置产生更大的整体位移。模型还显示，某些频段——约180到360赫兹——会使整个指垫更强烈地移动，这暗示这些频率的振动应当感觉尤其生动。

人们真实的感受

随后研究者制作了几种尺寸的柔性套筒，邀请24名志愿者在实验室佩戴。参与者看不到设备；他们只是将指尖置于线圈下并报告感受。在一项实验中，参与者指出在不同频率下他们能检测到的最弱振动。感觉最敏锐的位于中频范围，这与模拟结果和已知的人类触觉特性相吻合。关键的是，两种磁体极性配置的检测阈值几乎相同，表明磁体的翻转方式并不改变振动被察觉的难易程度。

同步还是交替？感觉模式如何

在第二项实验中，参与者判断手指上的两个振动点是否感觉为“同步”或“交替”，以及指垫上在哪个位置感到运动最强。在低频下，人们倾向于描述感觉在两个点之间交替出现，无论磁体实际的极性如何。在高频下，他们更常感到单一的、统一的振动。这意味着对于快速的颤动，大脑对指尖不同部位之间微小时间差的敏感度较低。许多参与者也选择了描绘指垫上宽广运动带的插图，尤其是在模型预测会产生强烈运动的中频段。

回放触觉的“声音”

为探索日常用途，团队没有用纯音驱动设备，而是使用了录制的手指交互声音——在织物和橡胶上滑动、拨动松紧带、敲击鼓面、揉皱罐子或挤压喷雾瓶等。音频信号经过滤波以保留皮肤可感知的频率范围，同时发送到扬声器和指尖设备。参与者评价指尖感受与他们所见所闻的匹配度、真实感以及愉悦度。与物体交互（尤其是敲击手鼓）被评为比滑动纹理更真实、匹配度更高。总体上，用户略微偏好两枚磁体倾向于同步移动的配置，描述其为更清晰且更令人愉快。

将简单触觉引入虚拟现实

作者展示了如何将该指尖套筒接入虚拟现实系统：当用户敲击或挤压虚拟物体时，头显播放一段简短录音，同时该声音通过放大器传到指尖线圈。在没有复杂定制信号或沉重硬件的情况下，用户能感受到与虚拟事件相匹配的简短而逼真的振动。研究得出结论：一种在指横向放置磁体并以音频驱动的两磁体套筒，是一种实用且舒适的方法，可为数字世界添加可信的“敲击”和“点击”感受，尽管要实现丰富的连续纹理仍需更复杂的方案。

引用: Gertler, I., Ballardini, G., Tangolar, D. et al. Comparing placement and polarity configurations of a two-magnet fingertip vibrotactile device. Sci Rep 16, 12600 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41307-7

关键词: 触觉反馈, 指尖振动触觉设备, 可穿戴界面, 虚拟现实触觉, 音频驱动振动