滑动速度对触摸屏电磁挤压引起的指纹摩擦力学的影响

电磁挤压技术通过对触摸屏上静电吸引力施加交变电压信号来调制指纹与屏幕之间的摩擦力，从而实现触觉纹理渲染。 accurate signal calibration 对于实现稳健的纹理渲染至关重要，但由于滑动速度、施加力以及个体皮肤机械性质的变化，导致摩擦行为难以预测。本研究探讨了探索条件如何影响电磁挤压引起的指纹摩擦力学，以及皮肤机械性质在其中所起的作用。十名参与者在滑动速度为20~100 mm/s且施加力为0.2~0.6 N的条件下，将指纹在电磁挤压支持的触摸屏上滑动。当施加覆盖触觉频率范围的幅度调制电压信号到屏幕时，测量接触力和皮肤加速度。我们将指纹-触摸屏摩擦响应建模为一级系统，将皮肤机械性质建模为质量-弹簧-阻尼系统。结果表明，滑动速度影响摩擦响应的截止频率，以及估计的指纹移动质量和刚度。每增加1 mm/s的滑动速度，截止频率、指纹移动质量和刚度分别增加13.8 Hz、3.23×10^-5 kg和4.04 N/m。相关性分析显示，指纹刚度对截止频率的影响大于移动质量。值得注意的是，我们观察到在指纹-显示器相互作用和皮肤机械参数之间存在显著的个体间差异。最后，我们发展了基于滑动速度的摩擦模型，以支持在不同用户条件下实现一致且感知上稳定的电磁挤压式触觉反馈。