一只手搭在肩上，轻轻抚摸手臂，或者一个简单的拥抱。人与人之间的触碰能带来平静、舒适和亲近感——一种安全感和保护感。当皮肤中的神经细胞受到触碰刺激时，大脑的许多区域会被激活，从而引发身体生化反应的即时变化。激素和信号分子会被释放，包括催产素，它能带来幸福感和亲密感。相比之下，视频通话往往让我们感到冷漠。我们怀念面对面交流带来的亲密感和情感联结。但是，当身体上的亲近至关重要时该怎么办？当孩子身患重病，父母却无法探望时又该怎么办？当免疫系统虚弱而无法进行身体接触时又该怎么办？
来自萨尔兰大学、萨尔应用科学大学、机电一体化与自动化技术中心（ZeMA）和德国人工智能研究中心（DFKI）的跨学科研究团队正在研发一项技术，旨在让医院隔离病房中的儿童在视频探视期间，以一种非常自然的方式体验到与父母的身体接触。 “多重沉浸式体验”项目融合了工程学、神经技术、医学和计算机科学，研究团队致力于开发促进人与人之间多感官虚拟互动的方法。该项目的目标是创造一种新技术，使年轻的患者能够尽可能真实地看到、听到和感受到他们的父母和兄弟姐妹，从而让孩子们即使身处异地也能体验到强烈的亲密互动感。
由萨尔兰大学和萨尔布吕肯ZeMA公司的Stefan Seelecke教授和Paul Motzki教授领导的研究小组负责该项目的触觉部分，并致力于开发能够提供逼真触感的技术系统。萨尔布吕肯的工程师们擅长利用超薄硅胶膜赋予物体表面新的功能。他们研发出厚度仅为50微米的薄膜，可以像第二层皮肤一样穿戴。正如我们的皮肤是身体与外部世界的界面一样，这些超薄薄膜则是身体与虚拟世界的界面。其目标是在虚拟环境中创造逼真的人际互动触觉体验。
当将这些高科技薄膜应用于纺织品时，当父母抚摸另一块智能纺织品时，孩子也能感受到触觉。 “这种被称为介电弹性体的薄膜，既可以作为传感器——检测父母的触摸——也可以作为致动器——将这些动作传递给孩子，”萨尔兰大学智能材料系统实验室主任塞勒克教授解释道。作为传感器时，这种薄膜可以精确识别手或手指的按压或拉伸动作。父母的手造成的这种物理形变会被精确地复制到与孩子皮肤接触的第二层组织上，从而赋予孩子逼真的抚摸感。
这种薄膜的两面都印刷有高柔性导电层，从而形成所谓的介电弹性体。“如果我们对弹性体薄膜施加电压，电极会相互吸引，压缩聚合物并使其横向膨胀，从而增加其表面积，”萨尔兰大学和ZeMA公司跨机构智能材料系统创新生产教席教授保罗·莫茨基解释道。薄膜的轻微移动都会改变其电容，而电容是一个可以精确测量的物理量。当手指划过薄膜时，薄膜会发生形变，并且可以为薄膜的每个位置赋予一个精确的电容值。一系列测量到的电容值代表了手指移动的路径。因此，该薄膜本身就是一个柔性传感器，能够识别自身的形变。
通过了解电容值与薄膜形变之间的关联，研究人员可以利用智能纺织品将父母抚摸孩子手臂的动作传递到孩子的手臂上。研究团队能够精确控制弹性体薄膜的运动。他们将电容数据与智能算法相结合，开发出一种控制单元，可以预测和编程运动序列，从而精确控制弹性体薄膜的形变。“我们可以让薄膜持续进行可控的弯曲运动，从而对皮肤施加逐渐增大的压力，或者使其保持固定位置，”参与该项目并攻读博士学位的西蓬蒂娜·克罗切解释道。他们还可以以特定频率创建敲击动作。运动的幅度和频率都可以精确调节。
在今年的汉诺威工业博览会上，该团队将展示他们的技术，展示一款背面贴有智能薄膜的“手表”。 “我们可以将这些智能组件串联起来，使它们能够传输长距离的抚摸动作。为此，我们将这些组件互连起来，使它们能够在网络内进行通信和协作，”保罗·莫茨基解释道。
这种智能纺织技术价格低廉、轻便、静音且节能。通过为电脑游戏增添触觉元素，这种新型弹性体薄膜技术还能使游戏体验更加逼真。在相关项目中，工程师们利用这项技术为未来的工业生产流程开发交互式手套，或在平面玻璃屏幕上模拟触摸“按钮”或“滑动”的感觉，从而为触摸屏交互增添了全新的维度。
在今年的汉诺威工业博览会上，来自萨尔布吕肯的智能材料专家将展示其他利用介电弹性体开发的产品，例如感应T恤或鞋底，以及高性能泵、真空泵和执行器等工业组件。
背景：
由玛蒂娜·莱瑟教授（萨尔应用科学大学/ZeMA）领导的欧洲区域发展基金（FEDER）项目“Multi-Immerse”是一项合作项目，合作方包括位于洪堡萨尔大学医学中心的萨尔兰数字神经技术中心（CDNS）、萨尔应用科学大学（htw saar）以及机电一体化与自动化技术中心（ZeMA）。除玛蒂娜·莱瑟教授、斯特凡·塞莱克教授和保罗·莫茨基教授外，该项目还包括丹尼尔·施特劳斯教授（系统神经科学与神经技术部门负责人）、迈克尔·泽姆林教授（萨尔兰大学儿童医院院长）、伊娃·默勒教授（萨尔兰大学医学中心儿童与青少年精神病学系主任）以及来自萨尔兰大学（尤尔根·施泰姆勒教授）和德国人工智能研究中心（DFKI）的计算机科学家。
在 Seelecke 教授和 Motzki 教授的指导下，博士生们正以介电弹性体技术为研究课题，持续推进相关技术的发展。研究成果已发表于多家科学期刊。此外，该研究还获得了众多机构的资助。欧盟授予了该研究项目玛丽·居里研究基金。萨尔州政府通过 FEDER iSMAT 和 Multi-Immerse 项目提供了财政支持，萨尔州冶金和电气工业协会 (ME Saar) 也资助了一项博士研究项目。
该团队还致力于将应用研究成果开发为商业和工业应用产品，因此 Seelecke 教授的团队成立了“mateligent GmbH”公司。
