静电驱动中指尖真实接触面积与输入电压呈二次方关系

触摸屏已成为消费电子产品中的主导交互界面，然而，人们与其之间的交互仍然主要依赖视觉。引入能够模拟触觉感受的触觉反馈，有望使这些交互更加自然且直观。静电驱动通过施加交变电压，使手指被吸引向电容性表面并调制摩擦，因此提供了一种很有前景的方法。由此产生的摩擦增大通常归因于真实接触面积的增加；然而，将电压输入参数与真实接触面积及接触力直接关联起来的实验性证据仍然有限。 本文采用受抑全内反射技术，在静电驱动下受控手指滑动过程中，直接成像真实接触面积，并同时测量接触力。我们系统地改变电压幅值（75–150 V）和激励频率（30–230 Hz），并定量表征接触面积和接触力随这些参数变化的规律。研究结果表明，真实接触面积、静电吸引力和切向力均与电压幅值呈二次关系，而激励频率的影响相对较小。这些发现阐明了电压幅值和频率在静电调制手指接触力学中的各自作用，并为触觉显示器的设计提供了指导原则。

触摸屏已成为消费电子产品中的主导界面，然而，人们与其进行的交互仍然主要依赖视觉。若能引入模拟触觉感受的触觉反馈，便可使这些交互更加自然且更具直观性。静电驱动通过利用交变电压将手指吸引至电容表面、从而调制摩擦，提供了一种很有前景的方法。由此产生的摩擦增大通常被归因于真实接触面积的增加；然而，将电压输入参数与真实接触面积及接触力直接联系起来的实验性证据仍然有限。在本研究中，我们采用受挫全内反射技术，在静电驱动条件下对受控手指滑动过程中的真实接触面积进行直接成像，并同步测量接触力。我们系统地改变电压幅值（75–150 V）和激励频率（30–230 Hz），并定量分析接触面积和作用力随这些参数变化的规律。结果表明，真实接触面积、静电吸引力和切向力均与电压幅值呈二次依赖关系，而激励频率的影响相对较小。这些发现阐明了电压幅值和频率在静电调制手指接触力学中的各自作用，并为触觉显示设计提供了指导原则。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.31.729125v1?rss=1

🏷️ 触觉反馈 静电驱动 真实接触面积 摩擦调制 人机交互