HydroHaptics：具有真实力反馈的柔软表面

触觉是我们最重要的感官之一，它甚至在我们出生前就开始发育。事实上，它是人类胚胎发育过程中最早发育的感官。

触觉是我们生活中不可或缺的一部分，当专门的神经元感知来自皮肤的触觉信息并将其传递到大脑时，触觉就会发生，在大脑中，触觉会被感知为温度、压力、疼痛和振动。

我们的感觉神经元种类繁多，它们的末端分布在不同的感官结构中。这些神经元协同工作，以检测多种不同的触觉特性。

随着我们对触觉这种复杂语言的理解不断加深，我们利用技术重现触觉的能力也日益增强。触觉技术应运而生，这是一个新兴领域，它将人类触觉的丰富感官体验转化为数字和机械体验。

触觉技术（haptics）一词源于希腊语“haptein”，意为接触或触摸，指的是通过触摸进行感知和操控。它也涉及利用技术来创造触觉感受，例如振动或力反馈。例如游戏控制器、智能手机的振动等。 机器人手术和虚拟现实。

触觉技术使用户能够间接地触摸和感知远处的物体。诸如操纵杆和数据手套之类的特殊设备，能够以触觉的形式将计算机应用程序的反馈传递给用户。通过向与虚拟环境交互的用户提供强制反馈，触觉技术实现了信息的双向流动。

触觉技术的演变 

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自大约半个世纪前问世以来，触觉技术已经发展成为一个复杂的领域，可以将纹理、温度、压力甚至柔软度等感觉融入到日常物品中。新一代触觉技术有望使数字体验更接近真实的物理交互。

当今人机交互界面中种类繁多的触觉技术，充分展现了这项技术的飞速发展。

智能手机和可穿戴设备利用振动触觉反馈产生振动，而触摸屏和触控板中的静电触觉则在原本光滑的屏幕上营造出纹理或摩擦的错觉。热触觉则模拟温度变化，使虚拟交互更加真实。

力反馈通过增加压力或运动感，使交互更加真实。触觉致动器和电机让你在游戏控制器或VR设备上感受到阻力。

除此之外，像电活性聚合物和磁流变聚合物这样的新兴智能材料，在暴露于电场或磁场时会改变形状或硬度，从而实现灵活的触觉反馈。

此外，还有利用电压实现精确局部反馈的压电触觉技术。微小的横向力作用于皮肤，而微流控触觉技术则利用微小的流体通道来模拟触觉。

在这个不断发展的领域中，还有一项新技术是气动和液压触觉技术，它利用空气或液体压力来模拟抓握力、重量或冲击力。

其中，液压触觉技术作为一种高保真触觉技术，已在研究人员中获得了广泛关注。毕竟，这项新兴技术能够提供…… 强烈而真实的感受 超越了老式振动触觉技术的性能。

在此，流体的应用能够产生强劲、精准且高度动态的力反馈。此外，液压触觉系统可以通过快速循环不同温度的水，提供迅速而逼真的温度感知。更重要的是，液压和气动系统可以集成到柔软灵活的设备中，从而实现更自然的穿戴式触觉体验，减轻用户疲劳并保持灵活性。

由于目前的触觉设备通常体积庞大且结构僵硬，不适合无处不在的交互，研究人员通过开发微型液压泵和致动器解决了这一缺点，从而制造出更适合日常使用的小型可穿戴设备。

例如，几年前，来自 Autodesk 研究院、曼尼托巴大学和多伦多大学的研究人员合作开展了一项研究。 创建水环¹这是一种佩戴在手指上的设备，可以传递温度、振动和压力的触觉，从而实现混合现实触觉交互。 

这款可穿戴设备在激活状态下，通过一根细长的柔性管内的液体传递触觉信号，该柔性管佩戴在指腹上。在被动模式下，它对用户的灵活性和感知刺激的影响极小。

最近，佐治亚理工学院的研究人员也进行了相关研究。 他们推出了柔软触觉戒指²这款戒指结合了气动和液压驱动技术，能够模拟近节指骨的柔软度、粗糙度和温度。戒指采用 EcoFlex 00-30 硅胶制成，其机械性能与人体皮肤相匹配，佩戴者可以用指尖探索周围环境。 

它的设计能够同时实现通过气动充气传递振动、通过液压回路中循环的水传递热感以及传递压力。 

为了评估环形装置和渲染技术的有效性，研究人员开展了一项包含15名参与者的用户研究。他们发现，参与者将虚拟纹理与真实纹理匹配的准确率高达90%。多维度形容词评级也表明，该设备能够有效地跨感官传递不同的触觉感受。

几年前，卡内基梅隆大学的研究人员进一步推进了这项技术的发展。 开发基于液压的触觉技术³ 厚度仅为 5 毫米，足以放入 OLED 屏幕中，使触摸屏通知能够被实际触摸到。 

这项新型显示技术能够让用户以更具沉浸感和互动性的方式查看通知、按下按钮和使用键盘输入文字。研究人员表示，这项原型技术还可以为其他设备（例如音乐播放器、游戏、电动汽车等）提供动态界面。

现在，巴斯大学的研究人员已经 开发了一种响应迅速的新技术⁴ 它被称为HydroHaptics，甚至对轻拍和挤压都有反应。

为什么液压触觉反馈优于气动触觉反馈（液压触觉反馈详解）

柔软灵活的界面具有独特的交互潜力，但力反馈有限。气动方法由于响应速度和精度不足而不适用，而微液压解决方案的输入功率也有限。 

因此，液压系统是理想之选。液压系统使用液体作为工作介质，这与使用空气的气动系统不同，后者由于空气的可压缩性，限制了输出力和位移的速度和精度。液体则能带来更高的精度和更灵敏的输出响应。 

当前交互式液压模型主要采用微型液压技术，虽然可以提高控制精度，但存在体积限制，导致界面只能使用小按钮，进而影响输入的灵活性和形式多样性。 

在设计液压交互系统时，还必须处理泄漏、反向驱动能力有限以及需要专用部件等问题，这些都使得实现这些系统更加困难。

因此，研究人员开发了HydroHaptics系统，这是一种通过静水压传递在可变形界面上实现高保真力反馈的新系统。该平台能够提升软界面的力反馈质量，同时保持其原有特性，例如灵活性、柔软性和输入自由度，从而带来丰富的用户体验。

这项技术具有多项优势。首先，它采用无刷直流电机驱动，无需泵、阀门和调节器。研究人员利用这种紧凑型电机的易得性、经济性和控制选项，实现了水动力触觉系统的力反馈效果。 

该系统采用更少的组件进行设计，以提高可扩展性，从而降低系统泄漏的可能性，并使其能够适应更大的接口。系统中使用的大多数组件也都是现成的零件或3D打印的。

此外，HydroHaptics 本身就具有双向性，既能感知力输入交互，又能提供力反馈。这意味着这项创新技术能够实现人与人所持或所穿戴的物体之间的双向通信。 

所有这些优势共同为探索软界面上的触觉交互和开发新型可变形设备提供了独特的机会。

HydroHaptics 是一款开源系统，它采用密封液压单元，内含固定量的不可压缩液体，并通过液压方式连接单元的两个柔性表面。这使得它们之间能够双向传递力。

线性机械致动器充当触觉引擎，它通过位移流体来提供力反馈，并将力传递至可变形界面。为了使界面发生变形，该引擎会响应施加在可变形界面上的力而移动，同时保持液压单元内的压力，该压力可调，从而实现不同的刚度级别。

通过这种方法，用户可以感受到振动、清脆的咔嗒声和不同的阻力，同时表面保持其自然的柔软性和弹性，无论人们如何按压、捏压或扭转它，“这在以前是根本不可能的，”该研究的共同负责人、巴斯大学计算机科学博士生詹姆斯·纳什说道。

因此，一个人可以捏、敲或扭动像可弯曲的电脑鼠标、衣服或靠垫这样的物体，而该物体会以富有表现力和意义的方式做出反应，例如调暗灯光、在屏幕上雕刻或切换电视频道。

通过监测内部压力也可以感知用户输入。

“系统通过物体感知用户的输入，然后用户通过可变形表面感受到系统的触觉反馈。”

– 该研究的负责人是巴斯大学计算机科学系的杰森·亚历山大教授。

这样一来，HydroHaptics 可以在柔软、可变形的界面上实现独特的触觉体验，而这在现有方法中是无法实现的。

借助HydroHaptics技术，研究人员正在为人们与日常物品进行触觉交互开辟令人兴奋的新途径。这项技术将极大地造福游戏、可穿戴技术、医疗模拟、产品设计等领域。

下一波人机交互浪潮

几周前，巴斯大学的计算机科学家团队在 ACM 用户界面软件和技术研讨会 (UIST '25) 上发表了他们关于 HydroHaptics 的研究，该论文获得了荣誉提名奖。

该系统目前呈圆柱形，顶部是一个可变形的硅胶圆顶，构成电池的外露顶面，电池底部也用柔性硅胶膜密封。电池正下方是压力传感器和由直流电机驱动的螺杆滑架。

当用户与穹顶互动时，例如按压或挤压它，会使水流排出，从而向下压迫并拉伸下方的薄膜。传感器会检测到由此产生的压力增加，并将其与相应的动作和指令进行匹配。

为了提供触觉反馈，该设备利用电机从下方压缩电池，从而将圆顶向上推向用户的手指，进而产生振荡振动、清晰的咔嗒声或紧张的按钮感。

为了展示 HydroHaptics 通过精细力反馈增强交互的能力，该团队将其集成到四个日常应用中。 

这是一款力增强型可变形电脑鼠标，其柔软的硅胶圆顶可以让用户通过按压和变形鼠标表面来在屏幕上雕刻数字对象。 

这是一款小巧的互动式坐垫，在保持柔软度的同时还能提供触觉反馈。坐垫内部内置一个HydroHaptic触觉反馈袋，可通过按压或挤压来控制智能设备。

这款背包通过肩带提供身体力反馈。它可以通过肩部轻拍和按压来推送智能手机通知，这些功能也可以用于导航。

采用HydroHaptic技术改进的3D打印力反馈操纵杆，旨在提升电子游戏的沉浸感。玩家在游戏过程中能够获得触觉反馈，模拟拉力、阻力或剧烈冲击等感觉。

这些应用首次展示了如何将高质量触觉反馈集成到柔软、灵活的界面和物体中。该团队认为这项技术在各种交互设备中都具有巨大的应用潜力。

“我们的实验表明，这是一个可靠的系统，它可以让人类以有意义的方式与柔软的物体进行互动，从而改善我们的生活和工作方式。”

——杰森·亚历山大教授

为了说明触觉反馈技术的潜力，他举例说，用户可以感受到倚靠的靠垫产生的物理反馈，这与面前电视屏幕上的画面同步。例如，当电视上汽车行驶在颠簸的道路上时，靠垫会震动；或者当有人撞到坚硬的墙壁时，靠垫会变硬。另一个例子是背着背包的人，他们无需使用手机导航，因为肩带会通过轻柔的挤压引导他们到达目的地。

“这只是这项技术在不久的将来融入我们生活的众多方式中的两种。”

-亚历山大 

为了评估其技术的性能，该团队使用高精度机械臂进行了一系列技术评估，并开展了一项用户研究。研究期间，该团队展示了HydroHaptics能够创造独特的触觉效果，所有效果的平均识别准确率达到82.6%，而对最显著的效果的识别准确率则高达92.8%。 

虽然其他研究团队也在研究柔软、可变形的界面，并制作出了能够展现高度局部感觉或不同程度的低保真反馈的原型，但他们尚未达到 HydroHaptics 的规模、精度和分辨率水平。

如果人们对HydroHaptics技术的关注度能够持续下去，那么该团队相信他们的产品很快就能推向市场。“只要资源充足，一两年内将这项技术应用到产品中并非不现实，”亚历山大教授说道。

当然，该团队首先需要改进触觉引擎，以减少其体积并使其适用于商业应用。

该系统也并非没有技术局限性。正如论文所述，空气可能会滞留在液压缸内或随着时间的推移泄漏到系统中，从而降低其性能。此外，高输出压力需要消耗大量功率，这可能导致过热问题。

就触觉引擎而言，该团队的方法依赖于其刚性结构，虽然可以通过柔性管将其分离，但它必须与界面保持连接，这对于完全可变形的界面来说并非总是可行。该研究指出：

“HydroHaptics 代表着朝着实现完全可变形触觉力反馈系统的长期目标迈出的重要一步，未来的工作应该致力于减少刚性组件的数量和尺寸。” 

投资触觉技术

德州仪器（TI） (TXN ) is 一家半导体巨头 该公司为包括个人电子产品、汽车、通信设备、工业和企业系统在内的各个市场开发模拟和嵌入式处理芯片。

德州仪器 (TI) 也是触觉技术行业的主要参与者，提供集成解决方案，包括触觉驱动程序、触摸屏控制器和用于在消费电子产品和工业产品中生成触觉反馈的软件库。

德州仪器（TI） (TXN )

德州仪器(TXN)市值达160.5亿美元，股价目前报176.93美元，年初至今下跌5.83%，但较4月份的低点上涨26.4%。TXN股价在7月份曾创下221.69美元的历史新高。

德州仪器（TI）的每股收益（过去12个月）为5.28美元，市盈率（过去12个月）为33.46倍。公司向股东提供3.22%的股息收益率。10月16日，TI宣布派发每股普通股1.42美元的季度现金股息。上个月，股息上调了4%，实现了连续22年增长。

最新业绩（2025年第二季度）：德州仪器 报道 营收达4.45亿美元（同比增长16%，环比增长9%），净利润约13亿美元，每股收益1.41美元。管理层预计第三季度营收为4.45亿至48亿美元。2025年第二季度财报显示，过去12个月的自由现金流约为1.8亿美元。

结语

随着触觉技术的扩展和发展，HydroHaptics 代表着一种范式转变。 我们将如何触摸和被触摸 通过技术手段，将柔软可变形的界面与精准的力反馈相结合，这项技术正在开启人与设备和环境之间更丰富、更自然的交互方式。 

从沉浸式娱乐到医疗培训和智能家居，这项技术可能会重新定义人与机器的沟通方式。

参考文献：

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing：利用液体流动支持混合现实触觉。 In 第31届ACM用户界面软件与技术年会（UIST '18）论文集 （第 913-925 页）。计算机协会。 https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A. 和 Vardar, Y. (2025)。 利用柔软的水气触觉环生成多模态纹理。 爱思唯尔有限公司。 https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. 舒尔茨，C.和哈里森，C.（2023）。 平板触觉：用于可扩展形状显示的嵌入式电渗泵。 In 2023 年 CHI 计算机系统人为因素会议论文集 （第 745 条）。计算机协会。 https://doi.org/10.1145/3544548.3581547
4. Nash, JD、Sauvé, K.、van Riet, CM、van Oosterhout, A.、Sharma, A.、Clarke, C. 和 Alexander, J. (2025)。 HydroHaptics：利用静水压传递在柔软可变形界面上实现高保真力反馈。 在 A. Bianchi、E. Glassman、WE Mackay、S. Zhao、J. Kim 和 I. Oakley（编）中， 第 38 届 ACM 用户界面软件和技术年度研讨会 (UIST '25) 论文集 （第 59 条）计算机协会。 https://doi.org/10.1145/3746059.3747679