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TouchYou 是一種皮膚觸感設(shè)備，能夠測量觸摸和遠(yuǎn)程提供多感官刺激，模擬皮膚的觸摸。 該系統(tǒng)包含傳感界面，這是一種可穿戴且靈活的傳感器，用于檢測觸摸的位置及其對皮膚的壓力，以及刺激界面。 刺激由連接到電刺激器（e-stim）的電極矩陣，振動馬達(dá)和柔性加熱器提供，用于模擬皮膚的溫度。

該界面的開發(fā)旨在應(yīng)用觸覺感應(yīng)和刺激技術(shù)，以減少分居的夫妻之間缺乏身體互動的問題。 我們開發(fā)了一對便攜，可穿戴的感應(yīng)和刺激接口，可以與計算機(jī)和智能手機(jī)進(jìn)行無線通信，以便通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸觸摸。

TouchYou 主要用途是為遠(yuǎn)距離關(guān)系中的夫妻傳遞觸摸，但觸摸界面可用作性愛機(jī)器人和性玩具的智能皮膚，此外還有夫婦使用自己的身體在遠(yuǎn)程刺激他們的伴侶。TouchYou 是一個很好的選擇，可以解決生活在一起的夫妻和親戚缺乏身體接觸的問題，而且它的技術(shù)在人機(jī)交互領(lǐng)域很有前途。

目前，觸摸傳感器已經(jīng)開發(fā)出來，它能夠測量觸摸的位置和施加的力。 它的界面還可以通過藍(lán)牙將觸摸數(shù)據(jù)傳輸到計算機(jī)。 下一步是改進(jìn)和測試觸摸刺激器接口。

構(gòu)建靈活的觸摸傳感器

用于制造柔性觸摸傳感器的方法類似于用于 PCB 的方法，但是我們使用銅箔帶和聚酰胺帶作為基板而不是使用銅板。 我選擇了聚酰胺膠帶，因為它具有相對較低的成本和絕緣性以及高溫穩(wěn)定性。 我在熱轉(zhuǎn)印轉(zhuǎn)印紙（A）中分別打印了線條和柱的圖案，然后我們將每個圖案固定在銅箔膠帶（B）上。

然后將帶有印刷紙的銅箔帶放在熱壓印刷機(jī)（A）的表面上，該機(jī)器可以用熨斗代替。 使用該機(jī)器的優(yōu)點是控制施加到熱表面的壓力，溫度和過程的時間。 在我們的方法中，我們使用 180°C 和 70 秒，這足以將圖案從紙張轉(zhuǎn)移到每卷膠帶。 由于我們的聚酰胺和銅帶寬度小于傳感器尺寸，我們需要連接條帶以創(chuàng)建基板和完整的傳感器圖案（B 和 C）。 然后將銅帶粘在聚酰胺帶上。

制作柔性觸摸傳感器的最后一步是以與 PCB 相似的方式蝕刻銅。 我們將銅和基板浸入氯化鐵溶液中，負(fù)責(zé)腐蝕和去除不需要的銅，只留下電極線和列的圖案及其接觸。 然后將兩層（線和柱）清潔，干燥并膠合在另一層的頂部，形成矩陣圖案（A）。 傳感器足夠靈活，可放置在手腕周圍，滿足設(shè)計可穿戴觸摸界面（B）的初始要求。

用于觸摸和力檢測的硬件
用于測量觸摸傳感器以及用于與計算機(jī)通信的硬件和 TouchYou 的刺激接口需要滿足一些要求，例如便攜式和具有無線通信。 為了讀取觸摸傳感器，我使用了帶 MPR121 電容式觸摸傳感器控制器的分線板。 該模塊具有 12 個電極檢測，可配置的 I2C 地址，具有去抖動的濾波系統(tǒng)，以及接近檢測和自動校準(zhǔn)功能。 觸摸控制器的接口是使用 Arduino Pro Mini 板制作的，與 HM10 藍(lán)牙模塊連接，用于無線通信。 我們還包括一個 3.7V Lipo 電池和一個 USB Lipo 充電器模塊，用于硬件便攜性。 還包括用于選擇功能模式的按鈕，LED 和振動馬達(dá)，用于硬件功能的視覺和觸覺響應(yīng)。

除了測量觸摸發(fā)生的位置之外，我們還測量觸摸的壓力（或力）。 對于壓力傳感功能，我們選擇使用兩個力敏電阻（FSR）連接到觸摸傳感器下方的表面。

觸摸刺激器的設(shè)計
觸摸刺激界面旨在提供遠(yuǎn)程觸摸的感覺。 該接口是可穿戴的，其輸出或刺激響應(yīng)取決于敏感接口檢測到的觸摸。 觸摸刺激界面的設(shè)計被認(rèn)為滿足了它應(yīng)該通過皮膚產(chǎn)生移動觸摸的感覺的要求，不僅通過機(jī)械刺激，而且通過其他刺激。 除了振動之外，界面還能夠刺激皮膚和肌肉的熱和電。

為了在佩戴界面時覆蓋相對較大的皮膚表面，我們決定將電極放置在矩陣圖案中，其中矩陣的每個元素是一對電極。 我們使用了兩種類型的電極：15 個尖峰干電極和 9 個濕電極，總共 12 對。 在這種設(shè)計中，使用尖峰干電極是優(yōu)選的，因為這些電極不需要使用導(dǎo)電凝膠，并且在與多毛皮膚接觸時具有更好的性能，但是在建造時不能獲得所需的總數(shù)量。原型。 線和列的電極（3×4）分別彼此連接，并且在每個電極和線的頭部上安裝 3D 打印的蓋子，保持連接安全并將組件固定在彈性織物中。

為了產(chǎn)生移動觸摸的感覺，我們通過改變線和列的活動來改變導(dǎo)電電極對，并且電刺激將發(fā)生在最接近的電極對中。 除電刺激外，我們還在電極對之間加入了六硬幣振動電機(jī)，如下圖所示。 電動機(jī)用于產(chǎn)生額外的觸感，例如模擬手指接觸皮膚的時刻或手指從一個點滑動到另一個點的時刻。

第三種觸摸刺激方法是通過熱刺激，模擬人體的溫度。 為了產(chǎn)生這種效果，我們使用了 3 個柔性加熱器或聚酰胺加熱膜板。 每個加熱器的尺寸為 30x40 mm，可提供 5 V 電源，功率為 1 W，足以使其溫度保持在 37°C 左右。 將加熱器粘在較小的彈性織物（A）上，然后用維可牢尼龍搭扣（B）固定在初始電極和電動機(jī)組上。 我們還為每個加熱器安裝了溫度傳感器，因此我們可以控制溫度，使系統(tǒng)和與接口接觸的皮膚不會過熱。

觸摸刺激界面可以佩戴在身體的任何部位，在下圖中我們顯示了佩戴在手臂中的界面。

如果你對這個項目感興趣，想獲取完整信息請訪問：

https://hackaday.io/project/160732-touchyou-a-wearable-touch-sensor-and-stimulator

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這個《硬件改變世界》系列，我們挑選在前幾屆 Hackadayprize 大賽中獲獎的優(yōu)秀作品加以展示，硬件技術(shù)可以多有意思，硬件開發(fā)者可以多有創(chuàng)意，從這些作品中你可以看到。



2019 年 3 月，Hackadayprize 中國區(qū)賽事將隆重開啟，我們很期待看到國內(nèi)的硬件開發(fā)者大開腦洞、大展技藝。你準(zhǔn)備好了沒，與來自全球的硬件開發(fā)者同臺 PK？