指尖—表面界面剪切应力随滑动条件和静电驱动而变化

指尖摩擦在触觉探索和物体操控中起着核心作用。在滑动过程中，切向力共同取决于真实接触面积和界面剪切应力，而这两者都会受到滑动条件的影响。然而，指尖摩擦的变化往往主要通过真实接触面积的变化来解释，而伴随发生的界面剪切应力变化仍缺乏充分表征。这一空白对于静电表面触觉显示器尤为相关，因为这类装置通过在手指与触摸表面之间施加电压来调节指尖摩擦。在本研究中，我们通过同步测量切向力和经光学分辨的真实接触面积，实验定量表征了在静电驱动触摸屏上滑动指尖的平均界面剪切应力。10名参与者在有无静电驱动的条件下，以三种速度和三种法向力完成了滑动试验。界面剪切应力随速度增加而增大，随法向力增加而减小；在这两种情况下，这些趋势的产生都是因为真实接触面积的变化幅度强于切向力。静电驱动进一步降低了界面剪切应力，因为电压升高引起的真实接触面积增幅大于切向力的增幅。这些发现表明，界面剪切应力会随滑动条件和静电驱动发生系统性变化，从而阐明了真实接触面积与界面剪切应力的变化如何共同塑造指尖—表面摩擦。

指尖摩擦在触觉探索和物体操控中起着核心作用。在滑动过程中，切向力共同取决于真实接触面积和界面剪切应力，而这二者都会受到滑动条件的影响。然而，指尖摩擦的变化往往主要通过真实接触面积的变化来解释，而与之伴随的界面剪切应力变化仍缺乏充分表征。这一空白对于静电表面触觉显示尤为重要，因为此类显示通过在手指与触摸表面之间施加电压来调制指尖摩擦。

在本文中，我们利用切向力与光学分辨真实接触面积的同步测量，实验定量表征了静电驱动触摸屏上滑动指尖的平均界面剪切应力。10名参与者在有无静电驱动的条件下，以三种速度和三种法向力完成了滑动实验。界面剪切应力随速度增加而增大，随法向力增加而减小；在这两种情况下，这些趋势的产生都是因为真实接触面积的变化幅度大于切向力的变化幅度。静电驱动进一步降低了界面剪切应力，因为电压升高引起的真实接触面积增幅大于切向力增幅。这些发现表明，界面剪切应力会随滑动条件和静电驱动而发生系统性变化，从而阐明了真实接触面积与界面剪切应力的变化如何共同塑造指尖—表面摩擦。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.13.744590v1?rss=1

🏷️ 指尖摩擦 界面剪切应力 真实接触面积 静电驱动 触觉显示器