A wide range of haptic feedback is crucial for achieving high realism and immersion in virtual environments. Therefore, a multi-modal haptic interface that provides various haptic signals simultaneously is highly beneficial. This paper introduces a novel silicone fingertip actuator that is pneumatically actuated, delivering a realistic and effective haptic experience by simultaneously providing pressure, vibrotactile, and cold thermal feedback. The actuator features a design with multiple air chambers, each with controllable volume achieved through pneumatic valves connected to compressed air tanks. The lower air chamber generates pressure feedback, while the upper chamber produces vibrotactile feedback. In addition, two integrated lateral air nozzles create a cold thermal sensation. To showcase the system's capabilities, we designed two unique 3D surfaces in the virtual environment: a frozen meat surface and an abrasive icy surface. These surfaces simulate tactile perceptions of coldness, pressure, and texture. Comprehensive performance assessments and user studies were conducted to validate the actuator's effectiveness, highlighting its diverse feedback capabilities compared to traditional actuators that offer only single feedback modalities.


翻译:广泛的触觉反馈对于实现虚拟环境的高真实感与沉浸感至关重要。因此,能够同时提供多种触觉信号的多模态触觉接口具有显著优势。本文介绍一种新型气动驱动的硅胶指尖致动器,通过同步提供压力、振动触觉与冷热反馈,实现真实且高效的触觉体验。该致动器采用多气室设计,每个气室通过连接压缩空气罐的气动阀门实现可控容积调节。下气室产生压力反馈,上气室则生成振动触觉反馈。此外,两个集成的侧向气嘴可产生冷热触感。为展示系统性能,我们在虚拟环境中设计了两种独特的3D表面:冷冻肉表面与磨砂冰面。这些表面模拟了寒冷感、压力感与纹理的触觉感知。通过全面的性能评估与用户研究验证了致动器的有效性,突显其相较于仅提供单一反馈模式的传统致动器所具备的多样化反馈能力。

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