具有可编程虚拟像素的超材料触觉显示器

触觉显示器通过在其表面提供局部化的机械信号来呈现信息，但传统方法通常需要在每个提供反馈的位置都放置一个致动器，这限制了分辨率并增加了复杂度。波介导的触觉显示器利用波传播以远少于致动器的数量生成虚拟像素，但其分辨率受限于显示介质固有的色散特性。在此，我们展示如何通过将超材料物理应用于刚性板中，利用优化的谐振器晶格来设计波传播，从而克服这一限制。由此得到的系统表现出慢波色散分支，减少了用于构建虚拟像素的可用波长，从而将显示分辨率提高了一个数量级。我们展示了一种由八个外围致动器驱动的超材料触觉显示器，能够在任何表面位置以厘米级分辨率生成局部化的虚拟触觉像素。每个像素的位置、时序和波形均可通过计算指定，其输出带宽为 75-400 Hz，覆盖了触觉频率范围的相当大一部分。在四项知觉实验中，参与者对包含瞬态和持续振动的多像素模式进行了定位、探索和辨别，准确率在 95.3% 至 100% 之间。这项研究提供了超材料工程方法，使得能够设计由少数致动自由度驱动的触觉显示器，对许多未来应用领域具有重要意义。

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