不同滑动速度和法向力条件下指尖滑动过程中静电吸引力的物理约束估计

静电致动是一项新兴技术，通过指尖与表面之间由电压诱导的吸引力，在电容式触摸屏上产生触觉感受。然而，在自然触摸屏交互过程中对静电吸引力进行精确控制仍然具有挑战性，因为施加的法向力和滑动速度会持续变化，而它们对指尖—屏幕接触及由此产生的致动强度的影响尚未得到充分表征。 本文展示了法向力和滑动速度如何系统性地改变指尖—屏幕接触面积和电阻抗，并利用这些测量变化来估算滑动过程中的静电吸引力。在系统改变法向力和滑动速度的条件下，参与者将指尖滑过静电表面时，同时测量了接触面积、交互作用力和电阻抗。这些测量揭示了指尖接触、电交互阻抗、等效电容、推导得到的有效间隙厚度以及静电吸引力随条件变化而产生的改变。 随后，我们将这些测得的接触量纳入一个基于平行板电容器理论、具有物理信息约束的数据驱动模型中，在该模型中，等效电容、表观接触面积和有效电压共同决定所估算的静电吸引力。所得模型将这些量随力和速度变化而产生的改变与静电吸引力联系起来，同时通过一个参与者特异的缩放因子来考虑参与者之间的差异性。这些研究发现为在真实触摸条件下设计静电表面触觉反馈以及未来的自适应控制策略提供了具有实验依据的指导。

静电驱动是一项新兴技术，它通过指尖与表面之间由电压诱导产生的吸引力，在电容式触摸屏上生成触觉感受。然而，在自然触摸屏交互过程中对静电吸引力进行精确控制仍然面临挑战，因为施加的法向力和滑动速度会持续变化，而它们对指尖—屏幕接触及由此产生的驱动强度的影响尚未得到充分表征。本文表明，法向力和滑动速度如何系统性地改变指尖—屏幕接触面积和电阻抗，并利用这些测量变化来估计滑动过程中的静电吸引力。随着受试者在系统变化的法向力和滑动速度条件下将指尖滑过静电表面，同时测量了接触面积、交互作用力和电阻抗。这些测量揭示了指尖接触、电交互阻抗、有效电容、推导得到的有效间隙厚度以及静电吸引力在不同条件下的变化。随后，我们将这些测得的接触量纳入一个基于平行板电容器理论、结合物理信息与数据驱动的方法模型，其中有效电容、表观接触面积和有效电压共同决定所估计的静电吸引力。所得模型将这些量中随力和速度变化而产生的改变与静电吸引力联系起来，同时通过一个受试者特异性的缩放因子来考虑个体间差异。这些发现为在真实触摸条件下设计静电表面触觉反馈及未来的自适应控制策略提供了具有实验依据的指导。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.05.743019v1?rss=1

🏷️ 静电致动 触觉反馈 指尖滑动 接触阻抗 数据驱动建模