雖然我們大多數(shù)人利用視覺與聽覺與計算機交互，但某些情況下，最合適使用的是觸覺。今天，計算機技術(shù)正越來越多地認識到這一點，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。那到底是多大的力呢？“我們較小的設備能產(chǎn)生3－4牛頓（約0.67－0.90磅）的力，而我們一些較大的設備則能產(chǎn)生高達30牛頓（約6.7磅）以上的力。” SensAble Technologies公司的觸覺設備與工具包產(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?

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

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

“醫(yī)生現(xiàn)在的學習方式令人恐怖，”Novint Technologies公司首席執(zhí)行官 Tom Anderson表示，“他們在真實患者身上所做的前50次手術(shù)都是在學習。”Novint擁有一臺硬膜外模擬器和一臺牙科模擬器，都獲得了用戶的積極評價。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套用于培訓學生如何插入IV 針頭的靜脈注射平臺已投入使用。

觸覺還用在醫(yī)學植入設計方面，SensAble Technologies公司總裁兼首席運營官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公司的設備也采用相同的格式。“想象一下某人的顱骨上有一個洞，”Steingart說，“你將從CT機、CAT掃描或MRI中的一個模型開始，目標是提出填充那個洞的修補方案。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絲合縫的人造部件方案。輸出結(jié)果通常被傳送到一臺快速成型機上，有時則傳送到一部銑床。”

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），并提供一個額外的通信渠道。“你不單擁有顏色和時間，還擁有相應的力，幫你了解數(shù)據(jù)到底是怎樣一回事，”他說。

旋鈕、鼠標、操縱桿

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

觸覺鼠標提供力、振動或同時提供二者，作為軟件對用戶輸入的響應。從游戲到理療，它們的應用非常廣；且目前正在研究供盲人使用的作為計算機輸入設備的觸覺鼠標。以這種方式使用鼠標的一個問題是：必須具備跟蹤絕對位置的某些措施；設計使用桿或繩連接到底座。

逆向機器人技術(shù)：空中的手柄

在三維領(lǐng)域中，觸覺相當于“逆向機器人技術(shù)”。機器人允許虛擬世界（軟件）操縱真實的對象；而觸覺設備則允許人們操縱虛擬的對象并感覺其仿佛是真實存在的。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、傾斜和搖擺。（自由度表示一個變量或空間中可用的選項數(shù)。）系統(tǒng)檢測手柄位置，并通過內(nèi)置電機和制動器向用戶提供力和振動。當光標遇到虛擬對象時，操作者會感覺到阻力，可能是硬的（對于堅硬的物體）、軟的或是有彈性的。適當時手柄還會發(fā)生振動，例如，模擬用戶將觸針在粗糙表面上滑動的感覺等。觸覺手套可用于理療，幫助中風患者增強力量及改善機能。

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

圖2：觸覺觸摸屏通過在屏幕四角使用電磁執(zhí)行機構(gòu)，
以振動觸摸覆蓋層（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。按下一個按鈕，你將感覺到按鈕的動作（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，其對觸摸的響應方式也多種多樣。

圖3：Novint Falcon的早期版本具有三自由度，售價約為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硬表面不同的是，司機還能感覺到按鈕的按下和放開，就像真實的按鈕與開關(guān)那樣。在一份調(diào)查中，當為用戶提供帶觸覺和不帶觸覺的觸摸屏選擇時，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活動的凸塊陣列，這樣表面將具有實際所需的形狀。盡管這種方法很有效，但它既復雜又昂貴。更簡單的方法是在屏幕的每個角上都放置一個電磁執(zhí)行機構(gòu)，在觸摸屏覆蓋層上產(chǎn)生受控的側(cè)向移動。研究表明：關(guān)鍵參數(shù)不是移動距離而是加速度，因此實際僅需要移動0.1至0.2 毫米，從而有可能讓顯示器密封符合NEMA 4標準。

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

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