雖然我們大多數(shù)人利用視覺與聽覺與計(jì)算機(jī)交互，但某些情況下，最合適使用的是觸覺。今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)正越來越多地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并開始采用觸覺技術(shù)。

觸覺在希臘語中的意思是“抓或摸”，這里是指設(shè)備產(chǎn)生可被感覺到（而不是被看到或聽到）的輸出的能力。觸覺輸出通常是力或振動(dòng)。那到底是多大的力呢？“我們較小的設(shè)備能產(chǎn)生3－4牛頓（約0.67－0.90磅）的力，而我們一些較大的設(shè)備則能產(chǎn)生高達(dá)30牛頓（約6.7磅）以上的力。” SensAble Technologies公司的觸覺設(shè)備與工具包產(chǎn)品專家Ben Landon表示。

圖1：SensAble Technologies 公司的 Omni 裝置
提供帶力反饋的六自由度位置傳感
為何使用觸覺?

觸覺的兩類重要應(yīng)用是虛擬現(xiàn)實(shí)（包括游戲與醫(yī)學(xué)培訓(xùn)）和遠(yuǎn)程操作（或遙控操作）。盡管觸覺在電腦游戲中的使用率很高，但它也同樣可以應(yīng)用于工業(yè)中。例如，觸覺讓使用者能觸摸和感覺到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM）及類似系統(tǒng)中的對象。探針可向設(shè)計(jì)軟件發(fā)送數(shù)字反饋信號(hào)，而所有電子操控與制動(dòng)系統(tǒng)則能為操作者或駕駛員提供實(shí)際的反饋，從而避免了直接連接或動(dòng)力輔助機(jī)械連接環(huán)節(jié)的重量與復(fù)雜性。

通過為經(jīng)驗(yàn)不足的員工提供“虛擬”培訓(xùn)，醫(yī)學(xué)應(yīng)用中采用觸覺技術(shù)能夠防止患者受到誤操作。觸覺醫(yī)學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)可以令人驚訝地真實(shí)再現(xiàn)打針或插入腹腔鏡的感覺，同時(shí)在屏幕上查看結(jié)果，如果操作錯(cuò)誤，還會(huì)聽到患者的抱怨。它可用于牙科等手術(shù)的培訓(xùn)。

“醫(yī)生現(xiàn)在的學(xué)習(xí)方式令人恐怖，”Novint Technologies公司首席執(zhí)行官 Tom Anderson表示，“他們在真實(shí)患者身上所做的前50次手術(shù)都是在學(xué)習(xí)。”Novint擁有一臺(tái)硬膜外模擬器和一臺(tái)牙科模擬器，都獲得了用戶的積極評價(jià)。Immersion公司的工業(yè)與游戲副總裁兼總經(jīng)理Michael Levin透露，其公司約有800套用于培訓(xùn)學(xué)生如何插入IV 針頭的靜脈注射平臺(tái)已投入使用。

觸覺還用在醫(yī)學(xué)植入設(shè)計(jì)方面，SensAble Technologies公司總裁兼首席運(yùn)營官Bob Steingart表示。CT掃描儀的數(shù)據(jù)為體元的形式（3-D或體積象素），SensAble公司的設(shè)備也采用相同的格式。“想象一下某人的顱骨上有一個(gè)洞，”Steingart說，“你將從CT機(jī)、CAT掃描或MRI中的一個(gè)模型開始，目標(biāo)是提出填充那個(gè)洞的修補(bǔ)方案。憑借我們的體元及虛擬人體系統(tǒng)（顱骨模型也采用體元形式），您可以非常迅速地給出嚴(yán)絲合縫的人造部件方案。輸出結(jié)果通常被傳送到一臺(tái)快速成型機(jī)上，有時(shí)則傳送到一部銑床。”

SensAble公司的Landon表示，觸覺也可用于提高數(shù)據(jù)的可視化程度，使用戶能瀏覽海量數(shù)據(jù)（如巖石地層的地震成像等），并提供一個(gè)額外的通信渠道。“你不單擁有顏色和時(shí)間，還擁有相應(yīng)的力，幫你了解數(shù)據(jù)到底是怎樣一回事，”他說。

旋鈕、鼠標(biāo)、操縱桿

觸覺最簡單的示例或許就是一個(gè)旋鈕，類似于調(diào)諧收音機(jī)的旋鈕。通過在電機(jī)或剎車上配備這種旋鈕，就可能擁有各種制動(dòng)裝置、硬性制動(dòng)甚至彈性制動(dòng)。并且所有這些功能都可根據(jù)需要更改。

觸覺鼠標(biāo)提供力、振動(dòng)或同時(shí)提供二者，作為軟件對用戶輸入的響應(yīng)。從游戲到理療，它們的應(yīng)用非常廣；且目前正在研究供盲人使用的作為計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的觸覺鼠標(biāo)。以這種方式使用鼠標(biāo)的一個(gè)問題是：必須具備跟蹤絕對位置的某些措施；設(shè)計(jì)使用桿或繩連接到底座。

逆向機(jī)器人技術(shù)：空中的手柄

在三維領(lǐng)域中，觸覺相當(dāng)于“逆向機(jī)器人技術(shù)”。機(jī)器人允許虛擬世界（軟件）操縱真實(shí)的對象；而觸覺設(shè)備則允許人們操縱虛擬的對象并感覺其仿佛是真實(shí)存在的。例如，用戶握住連接到武器系統(tǒng)的手柄等（某些系統(tǒng)使用手套或“套環(huán)”裝置）。

觸覺設(shè)備可能是三自由度（3 DOF）：分別傳感 X、Y 和 Z 軸；或六自由度：還可傳感轉(zhuǎn)動(dòng)、傾斜和搖擺。（自由度表示一個(gè)變量或空間中可用的選項(xiàng)數(shù)。）系統(tǒng)檢測手柄位置，并通過內(nèi)置電機(jī)和制動(dòng)器向用戶提供力和振動(dòng)。當(dāng)光標(biāo)遇到虛擬對象時(shí)，操作者會(huì)感覺到阻力，可能是硬的（對于堅(jiān)硬的物體）、軟的或是有彈性的。適當(dāng)時(shí)手柄還會(huì)發(fā)生振動(dòng)，例如，模擬用戶將觸針在粗糙表面上滑動(dòng)的感覺等。觸覺手套可用于理療，幫助中風(fēng)患者增強(qiáng)力量及改善機(jī)能。

日本豐橋理工大學(xué)的研究人員一直在研究使用觸覺操縱桿來控制起重機(jī)，以防止發(fā)生碰撞。許多地方也在進(jìn)行將力反饋增加到外科手術(shù)機(jī)器人上（它們是真正的遙控機(jī)器人）的工作。在極小的尺寸范圍也有工作在進(jìn)行，意圖將力維觸覺設(shè)備和掃描電子顯微鏡進(jìn)行集成，在操縱納米級對象時(shí)提供觸感。

圖2：觸覺觸摸屏通過在屏幕四角使用電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，
以振動(dòng)觸摸覆蓋層（圖片由Immersion 公司提供）。
觸摸屏的推出

最近觸覺被結(jié)合到觸摸屏中。傳統(tǒng)觸摸屏可以將控制輸入放在屏幕表面上的任何位置，而觸覺則使用戶真正感覺到它們。按下一個(gè)按鈕，你將感覺到按鈕的動(dòng)作（并通常可聽到“咔嗒”聲）。虛擬按鈕可以是任何尺寸和形狀，并可位于屏幕上的任何位置，其對觸摸的響應(yīng)方式也多種多樣。

圖3：Novint Falcon的早期版本具有三自由度，售價(jià)約為100美元
2005年12月，大眾汽車公司（Volkswagen AG）授權(quán)將Immersion公司的觸覺技術(shù)用在汽車儀表盤上。與只能感覺到虛擬控制面板的堅(jiān)硬表面不同的是，司機(jī)還能感覺到按鈕的按下和放開，就像真實(shí)的按鈕與開關(guān)那樣。在一份調(diào)查中，當(dāng)為用戶提供帶觸覺和不帶觸覺的觸摸屏選擇時(shí)，反饋表明用戶極為偏愛觸覺功能；且如果他們只能選擇一種，則會(huì)首選觸覺功能，Levin表示。

觸感的產(chǎn)生方式有幾種。也許最直接的一種就是在顯示屏上建立一個(gè)活動(dòng)的凸塊陣列，這樣表面將具有實(shí)際所需的形狀。盡管這種方法很有效，但它既復(fù)雜又昂貴。更簡單的方法是在屏幕的每個(gè)角上都放置一個(gè)電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在觸摸屏覆蓋層上產(chǎn)生受控的側(cè)向移動(dòng)。研究表明：關(guān)鍵參數(shù)不是移動(dòng)距離而是加速度，因此實(shí)際僅需要移動(dòng)0.1至0.2 毫米，從而有可能讓顯示器密封符合NEMA 4標(biāo)準(zhǔn)。

盡管觸覺在游戲和培訓(xùn)應(yīng)用中迅速獲得了采納，但在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用還有待時(shí)日。簡化將觸覺集成到接口中的工作，是推動(dòng)該技術(shù)在工業(yè)設(shè)置中應(yīng)用的重要因素。

大多數(shù)觸覺公司都提供一組API（應(yīng)用程序接口）和其他軟件以幫助進(jìn)行開發(fā)。Immersion公司目前正在開發(fā)一款帶小型電路板、一組執(zhí)行機(jī)構(gòu)和指導(dǎo)手冊的集成套件。電路板具有預(yù)編程觸覺效果；其他內(nèi)容則可下載并放到閃存中。SensAble Technologies公司也為其設(shè)備提供了觸覺工具包。