徐 飞 张定国 许 恒

上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240

电触觉的皮肤神经机理仿真及实验验证

徐 飞 张定国*许 恒

上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240

触觉学已经在很多领域得到应用，如遥控机器人、手术机器人、假肢、娱乐交互界面以及虚拟现实技术等，以此来增强人对机器或者虚拟物体的操作性。电触觉是现在主要的触觉再现措施，即通过改变恒流/恒压电脉冲的频率、脉宽、强度以及脉冲方向等因素,让人产生不同的触觉感。首先通过人体皮肤神经的建模推导出激励函数，并进行仿真研究，通过改变施加在电刺激阵列的电脉冲方向和强度，设计能分别刺激皮下3种刺激感受器(Meissner触觉小体、Merkel触盘、Pancinian环层小体)的实验范式，同时进行了心理物理学实验。10位受试者参加了实验，对食指进行电触觉刺激。正脉冲时采用不同频率(10、30、70、90 Hz)的电脉冲进行刺激，让受试者产生不同级别的振动感；负脉冲时采用不同脉宽(150、200、250、300 μs)的电脉冲进行刺激，让受试者产生不同级别的压力感。受试者对振动和压力的感觉强度进行主观判断。统计结果表明,该模型下的实验模式能够使触觉强度分级平均识别率高达80%以上，同时可通过对刺激电极分布以及电流大小的分析，找到最佳的刺激模式，保证最佳的触觉再现。

触觉学；电触觉；电刺激；皮肤神经；心理物理学实验

引言

对于人体来说，主要的反馈信息主要包含3种：触觉反馈、声音反馈以及视觉反馈[1]。其中,触觉感受作为反馈信号的一种，在人的日常活动中能让人产生强烈的临场感，它在感觉系统中占有重要的地位，具有视觉等其他感觉无法实现的功能。……