[發明專利]柔性觸覺反饋電子設備及觸覺反饋方法

在審

• 申請號: 202010611016.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111796717A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 吳俊;段升順
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041;G06F3/01;B06B1/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種柔性觸覺反饋電子設備及觸覺反饋方法，所示電子設備包括上封裝層，柔性電路層和下封裝層；柔性電路層包括位于上層的儲能及控制模塊、柔性電路板以及壓電振動陣列，控制模塊位于柔性電路板的上表面，壓電振動陣列位于柔性電路板的下表面，控制模塊和壓電振動陣列通過柔性電路板的電子線路連接。電路控制模塊通過獲取編碼信息實現振動形狀的解碼，以此來控制其下層的壓電陣列的振動，從而實現物體形狀的觸覺感知模擬。本發明采用柔性壓電材料作為振動產生源，并通過無線設計模塊和超級電容器實現能量存儲，在柔性程度和厚度上具有顯著優勢，為構建超薄且高分辨率的端對端柔性觸覺可穿戴反饋設備開辟了新的途徑。

技術領域

本發明涉及觸覺反饋，柔性電子及柔性電路，具體涉及一種柔性觸覺反饋電子設備，同時還涉及一種基于柔性觸覺反饋電子設備的觸覺反饋方法。

背景技術

現存的虛擬現實和增強顯示技術中的交互反饋多為視覺和聽覺反饋。觸覺作為人類感知外界信息的主要途徑之一，傳達的信息是其他感官所無法代替的，例如物體的質地和紋理，打擊感等。但是，與眼睛和耳朵相比，作為觸覺接口的皮膚在目前的商用VR和AR技術中的反饋交互作用幾乎被完全忽略掉，而觸覺反饋的缺失也導致了用戶沉浸式體驗的不完整。因此，如何將觸覺反饋技術完美的融入到VR和AR等人機交互技術中是未來的發展的必然趨勢和技術要求。

目前，觸覺反饋技術的研究方向分為：接觸式反饋和非接觸式反饋。其中，接觸式的觸覺反饋技術多采用機械振動、空氣壓膜、靜電力等原理，利用手套、陣列、空氣壓膜、屏幕等交互界面作為觸覺反饋接口。非接觸式的觸覺反饋由于空氣傳播介質的參與，與接觸式的觸覺反饋相比，需要更加復雜的硬件結構和更加精密的軟件算法來實現聚焦。同時，其設備是固定在某一位置，無法移動的，人只有進入到設備中才能感受到觸覺反饋。因此，對于個人，如果要實現全身的觸覺反饋，一是需要構建更加復雜且大型的設備，二是需要對移動聚焦算法進一步的構架與優化。這使得非接觸式的觸覺反饋技術的在構建基于個人的端對端VR/AR等交互設備上在成本和便攜性上具有天然的劣勢。

在這一方面，接觸式的觸覺反饋技術通過多個獨立設備的分布式布置和協作，實現全身的觸覺反饋，其構建基于個人的端對端VR/AR等交互設備上具有較大的優勢。然而，傳統的接觸式觸覺反饋技術多利用手套、陣列、屏幕等笨重，不可延伸的機械設備作為交互接口，其在穿戴便攜性具備較大的劣勢。因此，想要實現功能完整與穿戴舒適性兼具的個人端對端的VR/AR等交互設備，研究更加輕質化，小型化，穿戴便攜性和舒適性的接觸式觸覺反饋設備是亟需被攻克的關鍵技術。

柔性電子技術的出現和發展，為制備更適合穿戴的柔性觸覺反饋設備提供了全新的器件結構和工作原理。柔性電子以大面積、可變性、便攜性和多功能集成為主要特征，特殊地，對于很多燒傷以及截肢等的殘疾人士，類皮膚的柔性觸覺反饋設備可以以接近皮膚的形態貼合在假肢等功能器件表面，在保證美觀性的同時提供給患者相應的觸覺，以保證患者的正常生活。因此，結合柔性電子微納制造等相關技術，制備類皮膚特性的可穿戴柔性觸覺反饋器件及探索其在VR/AR等人機交互技術中的應用引起了廣泛的關注。由于其固有的柔性和可延伸特點，類皮膚的柔性可穿戴觸覺反饋設備在個人VR/AR設備中也被認為是最具有前景的方法之一，其有望在醫療，教育，軍事等領域進一步革新交互概念。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種超薄且高分辨率的端對端柔性觸覺反饋電子設備，本發明的另一目的是提供一種能夠精確感知物體形狀的觸覺反饋方法。

技術方案：一種柔性觸覺反饋電子設備，包括上封裝層，柔性電路層和下封裝層；所述柔性電路層包括位于上層的儲能及控制模塊、柔性電路板以及壓電振動陣列，所述控制模塊位于柔性電路板的上表面，所述壓電振動陣列位于柔性電路板的下表面，所述控制模塊和壓電振動陣列通過柔性電路板的電子線路連接。