隨著現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)越來越先進(jìn)和復(fù)雜，飛行員的在飛行中的任務(wù)更加趨向于監(jiān)測(cè)和控制這些日益復(fù)雜的系統(tǒng)。長時(shí)間的飛行訓(xùn)練任務(wù)將有可能導(dǎo)致飛行員出現(xiàn)高腦力負(fù)荷、感官超負(fù)荷甚至情境意識(shí)受損等情況的發(fā)生。為此研究人員正在探索增強(qiáng)飛行員感知和認(rèn)知的方法，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、觸覺反饋等新興技術(shù)的興起為他們應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供了新的思路。

馬里蘭大學(xué)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)飛行模擬和控制實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于使用全身觸覺反饋服向飛行員提供觸覺反饋提示的研究。他們的目標(biāo)是開發(fā)觸覺提示算法，以增強(qiáng)飛行員的感知能力，提高他們控制飛機(jī)的能力，特別是在視覺降級(jí)的環(huán)境中（如大霧環(huán)境）。

全身觸覺反饋服使用電肌肉刺激來迫使飛行員在低能見度飛行場(chǎng)景中向左或向右機(jī)動(dòng)。

這項(xiàng)研究集中在閉環(huán)補(bǔ)償跟蹤任務(wù)上，在任務(wù)中，飛行員可根據(jù)所要求的指令和可比較的飛行器輸出運(yùn)動(dòng)之間的誤差來訓(xùn)練控制動(dòng)作。

在傳統(tǒng)訓(xùn)練中，關(guān)于操作的錯(cuò)誤的信息是通過視覺顯示器呈現(xiàn)給飛行員的。這項(xiàng)研究的目的是用全身觸覺顯示器取代或增強(qiáng)傳統(tǒng)的視覺顯示器所給出的提示信息。

研究人員在實(shí)驗(yàn)中使用了TESLASUIT全身觸覺反饋套裝，向飛行員提供局部肌肉電刺激（EMS）反饋。他們開發(fā)了基于期望和實(shí)際飛機(jī)運(yùn)動(dòng)之間誤差的由比例導(dǎo)數(shù)控制的觸覺提示算法。這些算法將被用來提示飛行員“需要具體向什么方向調(diào)整控制裝置到多少角度，以使誤差最小化。”

研究員正在測(cè)試新的基于運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬器和全身觸覺套裝，該系統(tǒng)通過提供觸覺刺激幫助飛行員檢測(cè)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)與方向。

用于跟蹤任務(wù)的控制器是羅技X52 Pro操縱桿。操縱桿有三個(gè)自由度：左/右、前/后和扭轉(zhuǎn)。而視野限制裝置（“霧罩”）被用于模擬在低能見度環(huán)境中飛行員的視野。

研究人員測(cè)試了三種觸覺提示模式：僅觸覺反饋，僅視覺反饋，以及視覺和觸覺相結(jié)合的反饋。他們還在正常和降級(jí)的視覺環(huán)境中測(cè)試了組合反饋測(cè)試。包括一名試飛員在內(nèi)的四名受試者參加了此次涉及補(bǔ)償性跟蹤任務(wù)的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中受試者需控制飛機(jī)以指令給出的特定滾轉(zhuǎn)角度進(jìn)行飛行。

結(jié)果

結(jié)果表明，當(dāng)單獨(dú)使用觸覺反饋時(shí)，具有PD控制的全身觸覺提示能夠?yàn)槿蝿?wù)提供令人滿意的性能。當(dāng)與視覺反饋結(jié)合時(shí)，觸覺反饋也提高了性能，尤其是在視覺退化的情況下。與單獨(dú)使用視覺反饋相比，觸覺反饋的加入，讓測(cè)試對(duì)象能夠?qū)崿F(xiàn)相似或更好的跟蹤誤差、穩(wěn)定裕度和交叉頻率表現(xiàn) ??????????????????????????????????。

在經(jīng)過測(cè)試的試飛員的報(bào)告中提到，觸覺反饋的加入讓他感覺模擬訓(xùn)練更加自然，有助于恢復(fù)跟蹤誤差及其變化率的感覺，特別是在視覺降級(jí)時(shí)。然而，飛行員也注意到，與單獨(dú)使用視覺反饋相比，將觸覺反饋與視覺反饋結(jié)合使用時(shí)，有時(shí)會(huì)使他們對(duì)聽覺噪聲的敏感度增加，從而增加腦力負(fù)荷。造成這種情況的原因是當(dāng)飛行員接收到的感覺線索不一致時(shí)，他們將很難決定優(yōu)先處理哪一個(gè)。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)與測(cè)試，最終研究人員得出以下結(jié)論，將全身觸覺反饋加入到飛行訓(xùn)練之中有助于增強(qiáng)飛行員的感知和控制能力，特別是在視覺反饋有限的情況下。然而，他們還需要做更多的工作來完善提示算法，探索不同難度和動(dòng)態(tài)水平的任務(wù)，調(diào)查音頻提示和多種類型的提示之間的相互作用，并進(jìn)一步量化飛行員訓(xùn)練時(shí)腦部工作負(fù)荷的影響。總的來說，TESLASUIT的觸覺技術(shù)可以幫助飛行員增強(qiáng)在飛行訓(xùn)練中提升情景意識(shí)，減少精神負(fù)擔(dān)，并提高飛行員在控制下一代飛機(jī)飛行時(shí)的安全性。