Page 85 - 《摩擦学学报》2021年第3期
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374 摩 擦 学 学 报 第 41 卷
Key words: adhesion friction; deformation friction; tactile perception; shape texture; brain cognitive
材料的触觉质感是人体皮肤接触材料表面所形 觉质感形成机理，实现对材料触觉质感的量化评价，
成的感觉印象，相较于视、听觉，人们对于触觉的认知 仅通过粗糙度对材料的形貌特性进行表征是不够的，
还非常有限，原因在于触觉的形成是1个复杂的神经 有必要对材料表面的纹理特征进行细化，开展纹理特
传导与加工过程. 在触觉感知过程中，皮肤与接触表 征参数对触觉感知影响的系统研究. 目前文献已有关
面的摩擦振动给予皮肤内触觉感受体以机械刺激，并 于纹理高度、宽度和密度特征对触感影响的相关研
[7]
将机械能量信号转化为神经电位信号，经传入神经、 究，例如：Tomlinson等 研究了皮肤接触具有规则间
脊髓和脑干，最终传递至大脑皮层相应的加工区域， 隔光栅表面的摩擦行为，发现纹理特征高度会影响皮
[8]
大脑经过加工认知形成触感认识，再经脑干、脊髓、传 肤与接触表面的粘附与互锁接触特性. 刘陶峰等 研
出神经传导至相应的效应器，做出触感的反馈与判断 [1-2] ， 究了纹理表面特征高度对触觉感知的影响，分析了手
如图1所示. 所以，摩擦振动是触感的“激发器”，在触 指皮肤摩擦过程中的黏着、滞后和互锁作用机制的对
[9]
觉感知过程中起到了关键作用，触觉感知涉及到皮肤 摩擦感知的影响程度. Tang等 采用摩擦学、有限元和
的“感”、大脑的“知”和主观的“评”，材料触觉质感的 事件相关电位方法研究了条纹状纹理的密度和宽度
研究三者缺一不可. 对触觉感知的影响，分析了皮肤机械感受体受力、摩
擦系数和脑电响应与纹理特征的关系. 纹理形状也是
Somatosensory cortex
材料表面形貌的重要特征之一，是影响触感的1个重
要特征参数，尚未见纹理形状特征与触感关系的研究
Spinal cord
报道.
Brain stem
Epidermis 触觉感知是1个相当复杂的过程，其相关研究涉
Trctile receptor 及到生理心理学、认知神经学、生物摩擦学及生物力
Afferent nerve Dermis
Afferent nerve
Friction 学等多种学科范畴. 目前，对于材料触觉质感的研究
Movement Surface 大多集中在采用生物摩擦学方法研究皮肤与材料表
面的摩擦接触特性 [10-11] ，采用功能核磁共振(fMRI) [12-13]
和脑电图(EEG)方法 [14-15] 的大脑触感激活方式研究，采
Fig. 1 Schematic diagram of tactile perception process
[16]
图 1 摩擦触觉感知过程示意图 用认知行为学方法的触感主观评价研究 . 涉及的触
觉感知包括粗糙感、软硬感、冷暖感、尖锐感和黏着感
目前对于材料质地的触觉感知研究多针对砂纸、 等 [17-18] ，现有的文献有基于fMRI方法对软硬感 、黏
[19]
织物、玻璃等特定材质开展，材料表面形貌特性主要 着感 、粗糙感 的研究，以及基于摩擦学和EEG方
[21]
[20]
[3]
通过表面粗糙度进行表征. 例如：Li等 研究了手指触 法对粗糙感的研究 [9, 22] ，很少有将皮肤的“感”、大脑的
摸不同粗糙度砂纸时的触觉感受，发现摩擦触觉感知 “知”和主观的“评”结合起来展开研究.
[4]
与EEG脑电信号有显著的相关性. Bhatia等 利用 因此，本文作者研究了手指皮肤触摸不同尖锐度
fMRI方法研究了人体触摸不同表面粗糙度织物时的 形状纹理表面的摩擦接触特征，同时将fMRI方法和认
大脑反应，研究表明初级躯体感觉区与织物表面粗糙 知行为学引入材料摩擦触觉质感的表征评价中，从表
度相关，次级躯体感觉区与织物接触的愉悦舒适感相 面摩擦接触特性、大脑激活方式以及人的主观评价三
关，而大脑额叶与不舒适感有关. Tang等 通过分析 方面对材料表面纹理的摩擦触觉感知与量化表征进
[5]
38种不同类型材料的触觉感知振动信号和摩擦信号， 行全面研究，研究成果可为材料表面的触觉再现、纺
提取出了感知细致度、感知粗糙度和感知滑溜度共 织品等触肤产品的粗糙度和质感的识别以及量化表
3大类8个触觉感知表征特征参数. 征提供理论和技术支撑.
然而材料的表面形貌特征是由纹理的宽度、高
1 试验部分
[6]
度、形状和密度等构成的 ，表面粗糙度是这些纹理特
征的综合表征参数，经常会出现表面粗糙度相同但是 1.1 试验材料及制备
纹理特征不同的情况，因此研究人体对材料表面的触 亚克力属于日常生活中常见的接触性材料，且易
