Cách mạng hóa cảm ứng: Các nhà nghiên cứu khám phá tương lai của công nghệ xúc giác đa giác quan có thể đeo được
bởi Đại học Rice
Vị trí thiết bị xúc giác có thể đeo được. Tín dụng: Nature Reviews Bioengineering (2025). DOI: 10.1038/s44222-025-00274-w
Từ thực tế ảo đến phục hồi chức năng và giao tiếp, công nghệ xúc giác đã cách mạng hóa cách con người tương tác với thế giới kỹ thuật số. Trong khi các thiết bị xúc giác ban đầu tập trung vào các tín hiệu cảm giác đơn lẻ như thông báo dựa trên rung động, thì những tiến bộ hiện đại đã mở đường cho các thiết bị xúc giác đa giác quan tích hợp nhiều hình thức phản hồi dựa trên cảm ứng, bao gồm rung động, độ căng da, áp suất và nhiệt độ.
Gần đây, một nhóm chuyên gia, bao gồm Marcia O'Malley và Daniel Preston của Đại học Rice, sinh viên sau đại học Joshua Fleck, cựu sinh viên Zane Zook '23 và Janelle Clark '22 cùng những cộng sự khác, đã công bố một bài đánh giá chuyên sâu trên Nature Reviews Bioengineering phân tích tình trạng hiện tại của công nghệ xúc giác đa giác quan đeo được, phác thảo những thách thức, tiến bộ và ứng dụng thực tế của công nghệ này.
Các thiết bị xúc giác, cho phép giao tiếp thông qua cảm ứng, đã phát triển đáng kể kể từ khi ra mắt vào những năm 1960. Ban đầu, chúng dựa vào các cơ chế cứng, có đế hoạt động như giao diện người dùng, tạo ra phản hồi dựa trên lực từ môi trường ảo.
Nhưng với những tiến bộ trong công nghệ cảm biến và truyền động, các thiết bị xúc giác ngày càng trở nên dễ đeo hơn. Những cải tiến ngày nay tập trung vào phản hồi qua da—kích thích các thụ thể của da để cung cấp cảm giác chạm thực tế—thay vì phản hồi vận động, mô phỏng lực tác động lên hệ thống cơ xương.
"Các thiết bị xúc giác đeo được hiện đã được tích hợp vào các sản phẩm tiêu dùng như đồng hồ thông minh và phụ kiện chơi game, và chúng đang đóng vai trò phức tạp hơn trong chăm sóc sức khỏe, robot và phương tiện truyền thông nhập vai", O'Malley, Giáo sư Kỹ thuật Gia đình Thomas Michael Panos và là giáo sư kiêm chủ nhiệm khoa kỹ thuật cơ khí cho biết.
"Một sự thay đổi mới hướng tới phản hồi xúc giác đa giác quan, có nghĩa là cung cấp nhiều hơn một loại kích thích chạm cùng lúc, đang nâng cao trải nghiệm của người dùng, nhưng nó đặt ra những thách thức mới về kỹ thuật và nhận thức. Khi công nghệ này tiếp tục phát triển, chúng ta sẽ thấy nó chuyển sang trải nghiệm đa giác quan phong phú hơn—trải nghiệm thu hẹp khoảng cách giữa tương tác kỹ thuật số và cảm ứng của con người".
Việc thiết kế các thiết bị xúc giác đa giác quan đeo được hiệu quả đòi hỏi phải hiểu sâu sắc về nhận thức cảm ứng của con người và nhóm nghiên cứu đã xác định được một số thách thức chính trong lĩnh vực này hiện nay. Một trong những rào cản quan trọng nhất là sự thay đổi trong cơ chế tiếp xúc da vì sự khác biệt về độ đàn hồi của da, sự phân bố thụ thể và các yếu tố bên ngoài như độ ẩm có thể thay đổi cách cảm nhận kích thích xúc giác. Một vấn đề khác là che khuất xúc giác, trong đó nhiều cảm giác xúc giác như rung động và độ căng của da có thể ảnh hưởng lẫn nhau, làm giảm độ rõ nét của nhận thức.
Các thiết bị xúc giác đa giác quan có thể đeo được đã chọn. Nguồn: Nature Reviews Bioengineering (2025). DOI: 10.1038/s44222-025-00274-w
"Làn da của mỗi người phản ứng khác nhau với các kích thích do sự thay đổi về độ đàn hồi, độ ẩm và thậm chí là lông trên cơ thể", Preston, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí cho biết. "Sự thay đổi này khiến việc thiết kế các thiết bị có hiệu quả phổ quát trở nên cực kỳ phức tạp".
Ngoài ra, khả năng đeo và sự thoải mái vẫn là những cân nhắc chính trong mọi sản phẩm. Các thiết bị xúc giác phải được thiết kế để phù hợp với các vị trí khác nhau trên cơ thể mà không gây khó chịu, hạn chế chuyển động hoặc làm gián đoạn các hoạt động hàng ngày. Các yếu tố như trọng lượng, kích thước và phương pháp gắn đều đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khả năng sử dụng lâu dài.
Preston cho biết "Sự đắm chìm thực sự vào công nghệ xúc giác không chỉ phụ thuộc vào cảm giác của người dùng mà còn phụ thuộc vào mức độ tự nhiên và thoải mái mà họ trải nghiệm nó",
Ngoài việc nêu bật những thách thức, các tác giả đã xác định một số phương pháp truyền động mới nổi có thể định nghĩa lại công nghệ xúc giác đeo được.
Truyền động cơ điện, thường được sử dụng trong các hệ thống phản hồi rung động, vẫn là phương pháp được áp dụng rộng rãi nhất do độ tin cậy và giá cả phải chăng. Tuy nhiên, phương pháp này thường gặp khó khăn trong việc cung cấp nhiều tín hiệu xúc giác khác nhau. Truyền động polyme, dựa trên polyme thông minh có thể thay đổi hình dạng hoặc kết cấu khi tiếp xúc với kích thích, cung cấp một giải pháp thay thế nhẹ và linh hoạt để cung cấp phản hồi xúc giác.
Truyền động chất lỏng, sử dụng không khí hoặc chất lỏng có áp suất để tạo ra cảm giác xúc giác động, đang được ưa chuộng trong robot mềm và thiết bị đeo xúc giác làm từ vải, mang đến những khả năng mới về sự thoải mái và khả năng thích ứng. Ngoài ra, truyền động nhiệt đang nổi lên như một cách để tăng cường sự đắm chìm trong môi trường ảo hoặc mô phỏng các tương tác trong thế giới thực thông qua cảm giác ấm lên hoặc mát mẻ.
Ứng dụng của thiết bị xúc giác đeo được trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nguồn: Nature Reviews Bioengineering (2025). DOI: 10.1038/s44222-025-00274-w
"Chúng tôi mong đợi những công nghệ này sẽ mở rộng đáng kể phạm vi phản hồi xúc giác, đặc biệt là
trong các lĩnh vực như phục hồi chức năng y tế, phát triển chân tay giả và tương tác giữa người và máy", O'Malley cho biết. "Mặc dù đầy hứa hẹn, nhưng cần phải cải tiến thêm để cải thiện thời gian phản hồi, độ bền và hiệu quả năng lượng".
Bài đánh giá cũng cung cấp thông tin chi tiết về cách công nghệ xúc giác đeo được chuẩn bị để mở ra những khả năng mới trong tương tác của con người với môi trường kỹ thuật số và vật lý. Trong thực tế ảo và thực tế tăng cường, xúc giác đa giác quan tăng cường sự đắm chìm bằng cách cho phép người dùng cảm nhận các vật thể kỹ thuật số, cải thiện trải nghiệm trong trò chơi, mô phỏng đào tạo và giáo dục. Trong chăm sóc sức khỏe và phục hồi chức năng, xúc giác đeo được hỗ trợ trong việc đào tạo kỹ năng vận động, phục hồi chức năng sau đột quỵ và phản hồi chân tay giả, cho phép bệnh nhân tương tác hiệu quả hơn với môi trường xung quanh.
Công nghệ hỗ trợ và ứng dụng truyền thông tận dụng giao diện xúc giác để giúp những người khiếm thị hoặc khiếm thính bằng cách chuyển thông tin thính giác hoặc thị giác thành tín hiệu dựa trên cảm ứng. Hệ thống dẫn đường và định hướng được hưởng lợi từ thiết bị đeo xúc giác bằng cách cung cấp các tín hiệu định hướng trực quan, hỗ trợ những người khiếm thị và cải thiện khả năng dẫn đường rảnh tay trong các lĩnh vực như quân sự và hàng không.
Ngoài ra, điều khiển từ xa và robot sẽ đạt được lợi ích đáng kể vì các hệ thống robot điều khiển từ xa với phản hồi xúc giác cho phép người dùng "cảm nhận" các vật thể từ xa, cải thiện độ chính xác trong các nhiệm vụ tinh vi như phẫu thuật bằng robot.
Mặc dù có tiến bộ đáng kể, các tác giả nhấn mạnh nhu cầu khám phá thêm về nhận thức xúc giác đa giác quan. Hiểu được cách não xử lý các tín hiệu xúc giác đồng thời sẽ rất quan trọng trong việc tinh chỉnh các thiết bị trong tương lai và đảm bảo việc áp dụng rộng rãi sẽ đòi hỏi sự cân bằng giữa sự tinh vi về công nghệ, sự thoải mái của người dùng và khả năng sử dụng thực tế.
"Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các thiết bị xúc giác có cảm giác tự nhiên như chạm vào thế giới thực", O'Malley cho biết.
