综述：用于硬件在环开发的触觉技术综述

这篇综述系统回顾了触觉反馈技术（Haptic Feedback）在硬件在环（HITL）开发中的应用，重点探讨了触觉（Tactile）、振动触觉（Vibrotactile）、力反馈（Force Feedback）和热反馈（Thermal Feedback）四大类技术的传感器、致动器材料及控制软件，并分析了其在医疗（如手术模拟器、康复设备）、工业（如采矿、制造）等领域的挑战与未来方向。

　　

触觉技术的分类与应用

触觉反馈技术通过模拟物理交互提升人机协作的真实感，主要分为四类：

1. 振动触觉系统：利用振动电机（如ERM、LRA）传递警报或触觉线索，但难以模拟复杂纹理。例如，智能手机的震动提示依赖频率（50–500 Hz）和阻抗匹配皮肤敏感度。
2. 触觉反馈系统：通过气动或静电致动器（如电活性聚合物EAP）再现纹理和形状，应用于VR手套和机器人手术，但高分辨率实时反馈仍是瓶颈。
3. 力反馈系统：采用形状记忆合金（SMA）或液压装置模拟阻力，在飞行模拟器中增强操作真实感，但存在体积大、功耗高的问题。
4. 热反馈系统：基于热电元件（如Peltier器件）模拟温度变化，用于VR环境，但响应速度慢（需改进导热材料）。

核心材料与创新

• 压电材料：如锆钛酸铅（PZT）用于微创手术器械，但易能量耗散。
• 柔性材料：液态金属弹性体（如磁流变弹性体MRE）通过形变测量力，适合可穿戴设备。
• 振动电机：微型PCB电机（如LRAs）在触觉背心中提供碰撞提示，但需优化多通道同步控制。

软件与智能控制

触觉渲染依赖算法（如有限元分析FEA）和AI模型（LSTM、CNN）。例如，脑机接口（EEG）结合线性判别分析（LDA）分类触觉信号，而数字孪生技术可补偿延迟，提升远程手术精度。

挑战与突破

• 响应延迟：通过自适应算法（如ARIMA）减少反馈滞后。
• 环境干扰：采用被动性理论稳定力反馈系统。
• 多模态融合：如结合视觉-触觉的混合现实（MR）训练平台，显著提升操作准确性。

未来展望

开发轻量化致动器（如介电弹性体DEA）、高导热复合材料，以及基于强化学习的自适应触觉系统，将推动触觉技术在远程医疗和危险工业场景的普及。