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美國加州大學圣塔芭芭拉分校（UC Santa Barbara）科研團隊在《科學・機器人》（Science Robotics）期刊發(fā)表突破性成果，成功研發(fā)出全球首款可同時實現(xiàn)視覺呈現(xiàn)與物理觸覺反饋的動態(tài)顯示技術(shù)。這項名為“光電觸覺表面”（Opto-Tactile Surface）的創(chuàng)新裝置，通過光能直接驅(qū)動毫米級像素形變，首次將動態(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)域開辟全新維度。 研究團隊構(gòu)建的超薄顯示表面由1500余個獨立尋址像素組成，每個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。當二極管激光器發(fā)出的光脈沖精準照射特定像素時，石墨薄膜吸收光能后瞬間升溫，促使下方空氣腔膨脹，推動表面膜隆起形成最高達1毫米的凸點。這一形變幅度恰好處于人類指尖觸覺敏感區(qū)間，配合2至100毫秒的響應速度，可流暢呈現(xiàn)動態(tài)輪廓、字符及復雜幾何圖案。 實驗數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)通過高速掃描激光逐點激活像素，在保持1600DPI超高分辨率的同時，實現(xiàn)視覺與觸覺信號的完全同步。用戶測試中，參與者不僅能清晰辨識移動的像素陣列，更可通過觸覺追蹤時序信息，例如感知由像素順序激活形成的“波浪”動態(tài)效果。研究負責人尤恩·維塞爾教授指出：“傳統(tǒng)觸覺顯示器需在像素密度、響應速度與形變幅度間妥協(xié)，而我們通過光學尋址方案同時突破了這三重限制�！� 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)。每個像素的激活僅依賴激光定位與光熱轉(zhuǎn)換，無需嵌入電子元件或復雜電路，使得顯示面板可像普通薄膜般輕薄柔韌。研究團隊演示的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)級掃描激光器可輕松擴展至數(shù)萬像素規(guī)模，滿足汽車中控界面、電子閱讀設(shè)備等場景需求。 在應用場景探索中，研究人員展示了多項顛覆性概念驗證：汽車駕駛艙內(nèi)，方向盤上的虛擬按鈕可隨功能切換改變觸感；電子閱讀器翻頁時，文字不僅在屏幕上流動，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)模型可同時通過視覺色彩與觸覺凹凸傳遞信息。市場分析機構(gòu)預測，該技術(shù)若實現(xiàn)量產(chǎn)，將率先在高端汽車人機交互、無障礙閱讀設(shè)備及醫(yī)療培訓模擬器等領(lǐng)域引發(fā)變革。 這項突破源于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產(chǎn)生機械響應？”經(jīng)過馬克斯·林南德博士領(lǐng)銜的團隊一年半攻關(guān)，首代概念裝置于2022年底誕生——僅憑單個激光脈沖驅(qū)動的無電路像素，成功產(chǎn)生可感知的觸覺脈沖。此后三年間，團隊通過材料科學與光子學的交叉創(chuàng)新，將石墨薄膜的光熱轉(zhuǎn)換效率提升40%，同時開發(fā)出抗疲勞空氣腔結(jié)構(gòu)，使像素重復形變次數(shù)突破百萬次。 《科學·機器人》期刊審稿人評價稱：“這項研究重新定義了顯示技術(shù)的邊界，其光學-機械能量轉(zhuǎn)換效率比現(xiàn)有觸覺反饋方案高兩個數(shù)量級�！彪S著麻省理工學院、斯坦福大學等機構(gòu)相繼展開相關(guān)研究，一場圍繞“可觸摸顯示”的技術(shù)競賽正在全球范圍內(nèi)展開。UC Santa Barbara團隊已啟動與汽車制造商的合作測試，預計2028年前推出首款商用原型機。 在這場人機交互的革命中，光線不再僅僅是視覺的載體，更成為連接虛擬與現(xiàn)實世界的觸覺橋梁。當指尖劃過空氣中的動態(tài)圖像，人類正步入一個“所見即所觸”的全新感官時代。 |
