材料弹性对摩擦触觉感知的影响研究

摘要

材料弹性是影响触觉感知的物理属性之一,从皮肤的“感”和大脑的“知”系统研究材料弹性对触感的影响规律具有重要意义。通过对手指触摸不同弹性特征表面的摩擦、振动信号以及激发的触感脑电信号进行特征参数提取,建立了材料弹性模量E与触感特征参数的关系,实现了弹性表面触感的部分量化表征。结果显示:手指触摸橡胶材料的摩擦力以滞后摩擦分量为主;手指触摸陶瓷和塑料材料时滞后摩擦和黏着摩擦共同影响表面接触摩擦力。相关性分析显示材料E与手指触摸材料的摩擦因数μ、振动频谱最大幅值A_(max)、振动信号的递归参数角线长度均值L和垂直线段长度均值TT均呈负相关,表明材料E越小,振动系统的稳定性越差,复杂度越高。大脑触觉感知的加工时间为触摸开始后的200~400 ms之间,弹性触感激活的脑区主要是大脑中后部的顶叶区及枕叶区;相关性分析显示材料E和触感脑电P300峰值呈正相关,说明材料E越低,激发的大脑神经元兴奋度和注意力越低。手指触摸振动信号A_(max)与触感脑电信号的P300幅值负相关,表明触觉感受体的近端机械刺激与大脑的认知相关联。触摸过程的μ、A_(max)、 L、 TT、和P300峰值与材料E具有明显的关联性,可作为表征材料触摸弹性的特征参数。