北航新闻网9月3日电（通讯员 王丹）触觉技术有望为智能手机、平板电脑和笔记本电脑等电子设备的触摸屏引入更为丰富的触觉体验，从而为数字交互和信息交流开辟新的可能。然而，尽管视觉显示技术的分辨率已取得显著提升，触觉像素的分辨率却明显落后，限制了真正丰富用户体验所需的沉浸式触觉反馈。为解决这一问题，近日，北京航空航天大学机械学院王党校教授团队联合香港城市大学、北京大学等合作单位，提出了一种完全透明的高分辨率可编程触觉电子皮肤系统。该系统融合了三维微流控结构设计与折射率匹配光学机制，具备高分辨率、动态可重构性和广泛兼容性等优势。其整体如同一层透明的柔性薄膜，能够可逆地附着在各类触摸屏表面，并生成与屏幕视觉内容高度一致的精细地形特征，实现了视觉—触觉跨模态信息的统一呈现。这一成果为智能终端与触摸屏交互技术的发展开辟了全新路径。相关成果以“Fully Transparent Haptic Interface for High-Resolution Tactile Feedback on Touchscreens”为题发表于国际知名期刊《Advanced Science》（IF=14.1，中科院1区top）。该论文的第一作者为北京航空航天大学博士生单博学、香港城市大学博士后郭园、北京航空航天大学副教授王韫；通讯作者为北京航空航天大学教授王党校、香港城市大学教授于欣格、北京大学研究员戴兆贺，北京航空航天大学为论文第一完成单位。

该研究提出一种透明高分辨率可编程触觉电子皮肤。通过三维微流控网络将视觉像素映射为触觉像素，可实时再现静态图案与动态动画。器件采用多层PDMS结构，集成7×7致动器阵列（49点/cm2），分辨率超越指尖两点辨别阈。为保持透明性，引入折射率匹配的流体介质，触觉皮肤透光率达93%以上，兼具高清显示与精细触觉。整体厚度1.5 mm、重量不足9 g，能够可逆贴附于触摸屏表面。

图1 光学透明的高空间分辨率触觉电子皮肤设计和架构

研究团队系统表征了微流控触觉致动器的关键性能。结果表明，注入与PDMS折射率匹配的甘油溶液可显著降低散射与反射，使腔室与微流道实现“光学隐形”。在不同压力下，致动器表现出良好的力学可调性，通过优化腔室直径和薄膜厚度，兼顾了变形幅度与触摸阻力。动态响应与长期稳定性测试进一步证明，该器件在快速驱动和高频运行中仍具可靠性，验证了其在透明性与触觉保真度之间的平衡，为触摸屏触觉反馈奠定基础。研究团队展示了透明触觉电子皮肤的结构设计与性能。为实现微流体致动器的高密度集成，采用倒金字塔腔室与错位管道布局，构建7×7触觉像素阵列，在保持柔性与超薄特性的同时实现稳定驱动。有限元分析与实验结果表明，器件在层级错位下仍具良好输出一致性；在引入折射率匹配液体后，贴附显示屏时几乎无光学干扰，保证视觉清晰。结果表明，该电子皮肤在透明性、柔性与高分辨率反馈间实现平衡，为高保真触觉无缝融入触摸屏提供可行路径。

图2 微流控致动器的关键性能分析及高分辨率致动器阵列的设计及评估

研究团队展示了透明触觉电子皮肤在多场景中的应用潜力。在虚拟购物中，用户可通过触觉反馈区分织物纹理，视触觉融合显著提升了材质真实感。应用于赛车游戏时，界面能模拟油门、刹车与碰撞反馈，与画面实时同步，增强沉浸体验。进一步，研究人员将其集成至汽车中控屏，利用不同触觉图案实现播放、音量和方向控制等“盲操作”，在强光下亦能补偿视觉削弱，确保精细交互的准确性。

图3 触觉电子皮肤在高度沉浸式触摸屏交互中的应用实例及高分辨率、可编程触觉反馈可实现精确的交互引导

综上所述，该研究提出并实现了一种兼具光学透明性、高空间分辨率及可编程特性的触觉电子皮肤，并通过系统实验验证了其在触摸屏沉浸式体验与高精度人机交互中的显著优势。这一新型触觉电子皮肤有望成为推动下一代触觉交互技术发展的重要技术。相关研究工作得到了国家自然科学基金（62373021, 12432003）等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202511874

（审核：从保强）

编辑：贾爱平