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美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UC Santa Barbara）科研團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)・機(jī)器人》（Science Robotics）期刊發(fā)表突破性成果，成功研發(fā)出全球首款可同時(shí)實(shí)現(xiàn)視覺(jué)呈現(xiàn)與物理觸覺(jué)反饋的動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)。這項(xiàng)名為“光電觸覺(jué)表面”（Opto-Tactile Surface）的創(chuàng)新裝置，通過(guò)光能直接驅(qū)動(dòng)毫米級(jí)像素形變，首次將動(dòng)態(tài)圖像從二維平面延伸至可觸摸的三維空間，為顯示技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟全新維度。 研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的超薄顯示表面由1500余個(gè)獨(dú)立尋址像素組成，每個(gè)像素單元包含三層精密結(jié)構(gòu)：表面柔性膜、微型空氣腔及懸浮石墨薄膜。當(dāng)二極管激光器發(fā)出的光脈沖精準(zhǔn)照射特定像素時(shí)，石墨薄膜吸收光能后瞬間升溫，促使下方空氣腔膨脹，推動(dòng)表面膜隆起形成最高達(dá)1毫米的凸點(diǎn)。這一形變幅度恰好處于人類(lèi)指尖觸覺(jué)敏感區(qū)間，配合2至100毫秒的響應(yīng)速度，可流暢呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)輪廓、字符及復(fù)雜幾何圖案。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)通過(guò)高速掃描激光逐點(diǎn)激活像素，在保持1600DPI超高分辨率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)與觸覺(jué)信號(hào)的完全同步。用戶測(cè)試中，參與者不僅能清晰辨識(shí)移動(dòng)的像素陣列，更可通過(guò)觸覺(jué)追蹤時(shí)序信息，例如感知由像素順序激活形成的“波浪”動(dòng)態(tài)效果。研究負(fù)責(zé)人尤恩·維塞爾教授指出：“傳統(tǒng)觸覺(jué)顯示器需在像素密度、響應(yīng)速度與形變幅度間妥協(xié)，而我們通過(guò)光學(xué)尋址方案同時(shí)突破了這三重限制。” 該技術(shù)的革命性在于徹底摒棄了傳統(tǒng)顯示器的內(nèi)部布線系統(tǒng)。每個(gè)像素的激活僅依賴激光定位與光熱轉(zhuǎn)換，無(wú)需嵌入電子元件或復(fù)雜電路，使得顯示面板可像普通薄膜般輕薄柔韌。研究團(tuán)隊(duì)演示的1500像素陣列已能呈現(xiàn)基礎(chǔ)圖形與字符，而理論模型顯示，采用工業(yè)級(jí)掃描激光器可輕松擴(kuò)展至數(shù)萬(wàn)像素規(guī)模，滿足汽車(chē)中控界面、電子閱讀設(shè)備等場(chǎng)景需求。 在應(yīng)用場(chǎng)景探索中，研究人員展示了多項(xiàng)顛覆性概念驗(yàn)證：汽車(chē)駕駛艙內(nèi)，方向盤(pán)上的虛擬按鈕可隨功能切換改變觸感；電子閱讀器翻頁(yè)時(shí)，文字不僅在屏幕上流動(dòng)，更能在掌心形成可觸摸的立體字符；教育領(lǐng)域中，分子結(jié)構(gòu)模型可同時(shí)通過(guò)視覺(jué)色彩與觸覺(jué)凹凸傳遞信息。市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，該技術(shù)若實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將率先在高端汽車(chē)人機(jī)交互、無(wú)障礙閱讀設(shè)備及醫(yī)療培訓(xùn)模擬器等領(lǐng)域引發(fā)變革。 這項(xiàng)突破源于2021年維塞爾教授提出的顛覆性設(shè)想：“能否讓繪制圖像的光線同時(shí)產(chǎn)生機(jī)械響應(yīng)？”經(jīng)過(guò)馬克斯·林南德博士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)一年半攻關(guān)，首代概念裝置于2022年底誕生——僅憑單個(gè)激光脈沖驅(qū)動(dòng)的無(wú)電路像素，成功產(chǎn)生可感知的觸覺(jué)脈沖。此后三年間，團(tuán)隊(duì)通過(guò)材料科學(xué)與光子學(xué)的交叉創(chuàng)新，將石墨薄膜的光熱轉(zhuǎn)換效率提升40%，同時(shí)開(kāi)發(fā)出抗疲勞空氣腔結(jié)構(gòu)，使像素重復(fù)形變次數(shù)突破百萬(wàn)次。 《科學(xué)·機(jī)器人》期刊審稿人評(píng)價(jià)稱：“這項(xiàng)研究重新定義了顯示技術(shù)的邊界，其光學(xué)-機(jī)械能量轉(zhuǎn)換效率比現(xiàn)有觸覺(jué)反饋方案高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。”隨著麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)等機(jī)構(gòu)相繼展開(kāi)相關(guān)研究，一場(chǎng)圍繞“可觸摸顯示”的技術(shù)競(jìng)賽正在全球范圍內(nèi)展開(kāi)。UC Santa Barbara團(tuán)隊(duì)已啟動(dòng)與汽車(chē)制造商的合作測(cè)試，預(yù)計(jì)2028年前推出首款商用原型機(jī)。 在這場(chǎng)人機(jī)交互的革命中，光線不再僅僅是視覺(jué)的載體，更成為連接虛擬與現(xiàn)實(shí)世界的觸覺(jué)橋梁。當(dāng)指尖劃過(guò)空氣中的動(dòng)態(tài)圖像，人類(lèi)正步入一個(gè)“所見(jiàn)即所觸”的全新感官時(shí)代。 |
