2019年，一篇关于“触觉延伸”的文章一经发表，在虚拟现实（VR）蓬勃发展的浪潮中引起了广泛探讨。文章中实现了一个“神奇”的现象，将触觉作为联通虚拟与现实世界的“桥梁”，能够精准传递虚拟的体验到现实生活中。这篇文章在投稿当天即获国际顶尖期刊《自然》（Nature）青睐并进入审稿流程，柔性电子先驱之一的教授Takao Someya评价该成果“有望扩大到全身系统的规模”。

解兆谦作为文章共同第一作者，认为虚拟现实发展将大有可为。2020年，他在郭旭院士的邀请下，从香港城市大学回到了自己的母校——大连理工大学，继续深耕这一前沿研究领域。

五年后的2024年，解兆谦教授及其合作团队再次于《自然》期刊上发表文章，发明了一种基于生物弹性状态恢复的触觉皮肤电子器件。它能针对皮肤不同深度的触觉，实现动态与静态、法向力与剪切力的多模式精准激励“感受”。这一创新成果在生物医学领域展现出巨大潜力，尤其在触觉感官替代、视觉与平衡感替代，以及感官缺失患者的康复治疗等方面，开辟了广阔的应用前景。

触觉皮肤电子器件。大连理工大学供图

让触觉“穿越”屏幕

2016年，VR产业迎来了其辉煌的“元年”，谷歌、索尼、FaceBook等巨头竞相发力，共同书写了行业发展新篇章。在这个电子产品迭代加速的时代，VR凭借其新奇的概念、广泛的应用场景以及前所未有的沉浸式体验，迅速赢得了公众的广泛青睐。它不仅能够为用户提供了全新的娱乐方式，更在教育启迪、医疗辅助、工业设计等领域大放异彩，展现出广阔的市场前景。

然而，VR的发展却长期停留在戴上眼镜，通过视觉“穿越”的单一维度，未能充分融合触觉、听觉等多感官体验，从而限制了其进一步拓展与应用。皮肤是人体最大的器官，在VR技术领域的开发利用却相对滞后于视觉与听觉，极大地束缚了其应用潜力。

2019年，解兆谦携手香港城市大学于欣格教授、美国西北大学John A. Rogers院士、黄永刚院士团队共同研发了一款革命性的无线表皮触觉VR系统。该系统能够无线接收指令，并通过振动模拟真实触感。使用者仅需佩戴一片能贴在皮肤上的，又轻薄又柔软的器件，就能在虚拟世界中感知到触觉，甚至体验到远在千里之外亲人的“抚摸”。这一创新不仅为VR技术开辟了全新的感官融合路径，更预示着未来交互体验的全面升级。

表皮触觉VR系统的核心在于执行器，每个仅重1.4克，大小如指甲，电流通过线圈驱动磁体振动，对皮肤施加毫米级精准的压力反馈，创造触感。

此系统不限于VR领域，在日常生活中的应用也潜力巨大。实验显示，一位下臂截肢者通过在上臂贴上执行器片，使用带机械手的假肢抓取物体时，能真切感受到抓取动作。

“以往，截肢患者使用机械手虽能实现抓取动作，却无法感知力度变化，比如抓取鸡蛋、草莓等易碎物品时难免会损坏。而我们设计的表皮触觉VR系统，只需佩戴于患者上臂残肢，就能够通过机械手上的传感器检测抓取力度，并即时反馈给患者，使他们能精确感知机械手的力度，从而更加细腻地体验与世界的互动。”解兆谦介绍道。

团队还邀请了一个女孩和祖母视频通话，女孩轻触屏幕，祖母就能够通过手臂上的设备感受到孙女的抚摸，实现了让触觉“穿越”屏幕。解兆谦比喻道：“这如同《头号玩家》场景中韦德能在真实世界中感受到萨曼莎在虚拟世界的触摸，游戏玩家也能通过我们的表皮触觉VR系统，在生活中体验到那份触感。”

多种激励模式的“新探索”

2020年，在郭旭院士的邀请下，解兆谦加入大连理工大学。此时的大连理工大学正积极推进医工融合和交叉学科建设，力学与航空航天学院积极开展学科交叉融合研究，这与解兆谦的研究不谋而合，他正围绕力学与生命健康前沿交叉领域发展柔性电子力学新方向。

所以在此前研究的基础上，他们在生命健康方向展开了更长远的思考：对于视觉受限的患者，他们能否依赖触觉实现导航？而那些平衡感或脚步感觉缺失的患者，是否又能借助触觉重新找回稳定的步伐呢？

团队想到将人体皮肤作为弹性储能元件，结合软磁铁、永磁铁及线圈形成具有压缩及放松两种状态的双稳态结构。在压缩状态下，皮肤被压入一定深度，无需外界能量输入就能给皮肤以一定深度的静态激励。而在线圈中通入微电流即可实现压缩和放松两种状态的随意切换，实现对皮肤不同层面的触觉激励。此外，在双稳态结构的不同状态下，在线圈中通入交变微电流，可以给皮肤提供不同深度的动态振动激励。这种双稳态结构设计不仅显著降低了系统功耗，并且轻易就能实现对皮肤不同层面的动态及静态激励。

同时，该器件利用了压扭耦合力学结构，巧妙地实现了对皮肤剪切力与法向力的耦合作用，极大地丰富了触觉激励的多样性和精准度，为用户带来了更为真实、细腻的触感体验。

通过将触觉激励器单元和内部电路封装起来，团队打造了一个具有多激励模式的柔性触觉增强电子皮肤。该器件采用了轻质的柔性延展力学结构设计，使得整体轻薄且易于穿戴，使其可以像“创可贴”一样贴附在皮肤上，完美实现了与皮肤的无缝保形贴合，确保了器件在长时间使用过程中的稳定性和可靠性。

2024年11月，相关成果发表在《自然》。与之前在2019年文章相比，最新开发的触觉增强电子皮肤具有更多样的激励模式，并且其功耗更低，在视觉、平衡感和触觉感官替代中存在广阔的应用前景。

“经过人体测试实验，我们证明了该器件能通过智能手机的LiDAR技术感知前方障碍物，并与触觉皮肤电子器件协同工作，为视力障碍者提供精确且可靠的导航指引。其次，利用智能手机内置的惯性测量单元可以实时监测用户的身体姿势变化，并与触觉皮肤电子器件相结合，为用药后等平衡感受损的患者提供平衡感官替代方案。”解兆谦介绍，“并且，通过上述测量单元能够精准追踪脚步的方向以及与地面的相对角度，配合触觉皮肤电子器件，可以辅助糖尿病脚部感官缺失的患者调整步态，有效预防跌倒，从而实现对其脚部感官功能的精准替代。”

发“顶刊”后的下一步

除了应用在医学领域，该触觉皮肤电子在人机互动方面也将大有作为。人类远程操作机器手进行抓取，集成在机器手上的传感器将机器手触摸物体时的压力反馈给控制系统，控制系统再将信号反馈给触觉电子皮肤，对人体皮肤实现多模式的触觉激励，使人能够更真切感受到机器手的压力变化。

“目前，我们的贴片大约是10 cm×10 cm大小，这使得使用者的感受会更加真实。并且，我们的触觉电子皮肤是由多个独立的触觉激励单元组成，未来想要继续扩大面积只需要增加触觉激励单元，就像堆积木一样，可以变成需要的各种尺寸。”解兆谦告诉《中国科学报》。

在五年时间里，解兆谦带领团队发了两篇《自然》及两篇《科学》。在他看来，发顶刊更重要的是拥有新的概念和想法，选题要对人类和社会进步有关键性推动作用。

同时，解兆谦秉持着一个核心理念：无论是科研探索还是指导学生，都仿佛“小马过河”，需要亲身体验才能领悟真谛。“对于学生来说，首要是确立清晰的思路，并勇于迈出第一步，即‘先有后好’，在实践中逐步完善。不要过分苛求完美的开始，但是每个人都应该清晰地知道自己的目标。”

为此，解兆谦为团队内的二十余名学生，根据其各自的不同情况，量身定制了“专属培养计划”。对于志在科研深造的学子，他引导他们树立长远视角，选定研究方向；而对于意在毕业后直接就业的学生，则设定了短期且具体的科研目标，并配套了相应的激励措施。在这样的架构下，每位团队成员都能各司其职，共同在团队中发挥着重要作用。

“目前，我们更需深思的是如何在文章发表之后迈出下一步。我的真正愿景是将这些科研成果转化为市场应用，将理论思路变为新质生产力，这才是我们投身科研的终极追求。”解兆谦说。