振动触觉与电触觉定向线索感知的对比研究：基于漏斗错觉映射方法的躯干与小腿分析

本研究针对触觉反馈系统中定向线索传递效率问题，通过对比振动触觉(VTF)与电触觉(ETF)模态下四种映射方法（线性、对数、平方根、幂律）在躯干(6 CH)和小腿(4 CH)的表现，发现幂律映射在电触觉模态下能提供最优连续/离散线索精度，为导航、康复训练等应用提供参数选择依据。

　　

触觉反馈技术作为替代视觉的感知通道，在盲人导航、虚拟现实(VR)和康复医学领域展现出巨大潜力。然而，人体皮肤两点辨别阈的限制使得传统触觉阵列系统难以实现高分辨率定向反馈。更棘手的是，振动触觉(VTF)在肌肉疲劳状态下灵敏度下降，而电触觉(ETF)虽能克服此缺陷，但其定向精度受制于个体感知差异。如何通过触觉错觉技术突破生理限制，成为提升触觉交互效能的关键科学问题。

韩国光州科学技术院(Gwangju Institute of Science and Technology)的Junyeong Lee团队在《Scientific Reports》发表研究，创新性地采用漏斗错觉(funneling illusion)技术，系统比较了振动触觉与电触觉在躯干和小腿部位的定向线索传递效能。研究通过构建环形阵列触觉系统，结合心理物理学实验方法，首次揭示了不同映射方法在两类模态下的性能差异规律。

研究团队运用方法学极限法(method of limits)校准个体感知阈值，采用功率定律(Steven's power law)量化刺激强度-感知关系。通过圆形追踪实验(评估连续线索)和方向准确性实验(评估离散线索)双范式，对20名健康受试者进行多维度测试。关键技术包括：线性共振致动器(LRA)的PWM调制、经皮电神经刺激(TENS)参数优化、以及基于身体部位特化的电极/振动器布局方案。

躯干实验结果
电触觉模态下，平方根(Square)和幂律(Power law-based)映射在连续线索传递中误差最低（跟踪误差减少21%），而振动触觉模态则线性(Linear)映射最优。离散线索实验中，映射方法选择对两类模态均无显著影响，但振动触觉整体精度更高(p<0.05)。

小腿实验结果
幂律映射在电触觉模态展现出全面优势：连续线索的跟踪完成率提升37%，离散线索方向误差降低29%。振动触觉仍以线性映射表现最佳，但电触觉在最优映射下的绝对精度反超振动触觉。

这项研究首次建立了触觉模态-身体部位-映射方法的匹配准则：对于康复训练等需要抗疲劳的应用，推荐采用电触觉配合幂律映射；而振动触觉系统在无疲劳干扰时，线性映射即可满足多数需求。研究还发现，12.81±1.50 cm的躯干电极间距与9.18±0.77 cm的小腿间距，配合15°/s的刺激移动速度，能实现最优漏斗错觉效果。这些发现为触觉增强系统的工程设计提供了量化依据，特别是对需要高精度反馈的VR交互设备和术后平衡康复机器人具有直接指导价值。

讨论部分指出，电触觉的局部化特性使其在方向判别中更具优势，但需通过个体化校准克服感知非线性问题。未来研究可拓展至动态场景（如行走状态）和其他身体部位（前臂、手指），并探索多模态融合策略。该成果标志着触觉错觉技术从经验设计向理论指导的重要跨越，为下一代人机交互界面开发奠定了科学基础。