遙操作中觸覺引導模型的選擇：基於比較使用者研究的指南

遙操作技術廣泛應用於危險環境、遠端醫療和精密製造等領域，觸覺引導透過力反饋顯著提升操作員的表現。然而，如何根據具體任務、環境以及操作員的特點，選擇最合適的觸覺引導模型，一直缺乏系統性的指導。近日，來自AUCTUS實驗室的研究人員Alexis Boulay及其同事在EuroHaptics 2026國際會議上釋出了一項研究，旨在填補這一空白，提供基於比較使用者研究的實用選擇指南。

研究團隊首先定義了一個統一的數學公式，將三種經典的觸覺引導模型——彈簧-阻尼模型、勢場模型和引導管模型——統一表示為剛度-阻尼系統的變體，並附有模型特定的引導函式。這使得不同模型可以在同一個框架下進行比較。隨後，他們設計了一項使用者研究，模擬垂直農業任務中的六種不同環境條件，包括無阻礙的開闊空間、存在障礙物的雜亂環境，以及混合場景。實驗中，操作員在遙操作機器人執行任務時，分別體驗三種模型的力反饋，並記錄其主觀感受和客觀表現指標。

結果明確顯示，沒有一種模型在所有場景中佔據絕對優勢。彈簧-阻尼模型在存在障礙物和其他干擾的雜亂環境中表現最佳，其較強的約束力能夠幫助操作員安全、準確地導航；勢場模型在開闊空間中效率很高，能夠提供平滑的引導力，但在靠近障礙物時，引導力會突然增大，可能導致不穩定甚至碰撞風險；引導管模型則提供了一種平衡的選擇，在大多數情況下表現穩定，但缺乏前兩者在特定場景下的突出優勢。

為了更客觀地評估互動質量，研究團隊提出了新的評估指標，包括引導力的大小、變化率以及操作路徑的偏差等。這些指標不僅反映了系統的物理效能，還與操作員的主觀體驗密切相關。他們發現，引導力的幅度與操作員報告的主觀舒適度和信任度分數之間存在顯著相關性。這意味著，透過即時監測引導力的大小，系統可以自動調整模型引數，甚至動態切換模型，以最佳化操作員的體驗和任務績效。

基於這些發現，研究給出了具體的模型選擇建議：在雜亂環境中優先考慮彈簧-阻尼模型；在開闊空間中使用勢場模型，但需密切監控操作員與障礙物的距離；如果環境複雜多變，引導管模型是一個穩妥的預設選擇。此外，即時評估指標可用於實現自適應的觸覺引導，進一步提升遙作業系統的效率和安全性。這項研究為觸覺引導系統的設計者提供了重要的參考依據，有望推動遙操作技術在更多領域的應用。