基于磁流变流体制动器的下肢外骨骼踢球冲击力呈现研究

为解决虚拟现实中力反馈设备体积大、限制活动范围的问题，来自日本的研究团队开发了采用磁流变流体制动器(MR fluid brake)的穿戴式下肢外骨骼。通过模拟踢足球时的冲击力(impulse force)，研究发现扭矩持续时间与真实感呈负相关，并在恒定冲击条件下发现了获得高真实感的最优参数组合，为虚拟现实交互设备设计提供了新思路。

　　

近年来，头戴显示器(head-mounted display)的普及让虚拟现实空间触手可及。为使用户能操控虚拟物体，力反馈设备应运而生。传统固定式设备体积庞大，严重限制用户活动范围。科研人员另辟蹊径，聚焦可穿戴外骨骼装置，创新性地采用被动式磁流变流体制动器(magnetorheological fluid brake)为下肢提供力反馈。

研究团队敏锐捕捉到踢足球等下肢动作施加的力可表征为冲击力(impulse)这一特点，通过调节各关节扭矩及其作用时间，探索力觉呈现的新方法。在不同冲击条件下的实验揭示有趣现象：产生的扭矩越小、作用时间越长，真实感反而越低。基于此，研究者在恒定冲击条件下开展系列实验，发现冲击力大小与真实感并非简单线性关系，存在获得最佳真实感的黄金参数组合。

这项研究不仅为虚拟现实交互设备的小型化、轻量化提供了技术路径，更通过量化分析冲击力参数与感知体验的关系，为下一代力反馈装置的设计提供了重要理论依据。磁流变流体制动器的精准控制特性，使得模拟踢球等快速动作时的瞬时力觉反馈成为可能，标志着人机交互技术迈向新高度。