手指作为人体的主要触觉器官之一,在人类生活中发挥着重要的作用。人类通过手指滑动触摸来感知外部环境。在触摸过程中,会产生摩擦信号、振动信号、皮肤变形等变量,来帮助人体识别物体的详细信息。从摩擦学角度研究手指滑动触摸中这些变量的产生及其对触觉感知的影响,有利于进一步了解触觉感知的机理,完善人类对自身触觉系统的认知。本文在7种不同沟槽表面下进行了摩擦学感知试验。在触摸感知过程中,许多试验参数(如沟槽表面的几何尺寸、触摸部位、触摸方式、触摸速度及法向力等等)会影响志愿者的感知结果。通过分析上述试验参数对手指触觉感知的影响,解释了不同沟槽表面下的触觉感知差异。本研究的结果为感知表面纹理细节信息时,手指触觉感知的差异提供了一些可能的解释。这些发现也为揭示手指触觉感知机制提供了试验依据。主要结论如下:1.随着沟槽宽度的增加,摩擦力值的波动程度和手指皮肤的变形程度也随之增加。因此,手指触觉感知的准确性也随之得到提高。但摩擦力值的波动程度和手指皮肤的变形程度并未随着脊背宽度的增加而明显增加,故触觉感知的准确性在变脊背宽度组中未得到明显增强。并且,随着沟槽宽度和脊背宽度的增加,摩擦力值的单个波动周期时间也会随之增加,这可能会为提高手指触觉感知能力提供一定帮助。此外,振动振荡可能也是增强手指触觉感知的因素之一。2.指尖接触的触觉感知能力优于指腹接触的触觉感知能力。这主要是因为在指尖接触的情况下,出现了摩擦力值的剧烈波动与振动振荡。此外,在指尖接触试验样品时,手指皮肤在不同沟槽内的几个变形信号之间存在着显著差异。而在指腹接触下手指皮肤在不同沟槽内的几个变形信号都较为相似。因此,可以认为存在较大差异的皮肤变形信号可能会进一步提高触觉感知的准确性。3.与纵向触摸方式相比,横向触摸方式下摩擦力值的波动程度更为剧烈。这也为横向触摸方式的触觉感知能力优于纵向触摸方式的触觉感知能力提供了一种解释。由于手指皮肤侧向部位的高杨氏模量值,横向触摸方式会提高人体的振动觉,从而提高其触觉感知的准确性。此外,手指侧向部位更容易产生强烈的应力变化,增强手指皮肤的机械刺激强度,从而进一步提高手指触觉感知能力。4.提高触摸速度会减少感知时间,从而降低触觉感知的准确性。随着法向力的增加,摩擦力和振动加速度均会随之增加,从而提高触觉感知的准确性。但当法向力增至1.5 N之后,摩擦力值的波动程度基本无差异。因此,在法向力增至1.5 N后,其触觉感知的准确性增加不明显。