王運(yùn)武 陳祎雯 王藤藤

摘 要：2014年以來，觸覺互聯(lián)網(wǎng)逐漸成為互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的前沿研究方向。隨著5G技術(shù)成熟和商用的廣泛推廣，觸覺互聯(lián)網(wǎng)迎來新的發(fā)展契機(jī)?；ヂ?lián)網(wǎng)促進(jìn)了視覺和聽覺通信的發(fā)展，觸覺互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程傳遞感覺和觸覺。觸覺互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)了人類感知覺、技能與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，延伸了人類技能，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)智慧互聯(lián)，加快了人類邁向“人機(jī)共融”時(shí)代的速度。觸覺互聯(lián)網(wǎng)可以增強(qiáng)智慧互聯(lián)，從而提升教育智慧化水平。觸覺互聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)閯?dòng)覺學(xué)習(xí)者提供在線學(xué)習(xí)新路徑，增強(qiáng)在線教育觸覺臨場感。未來觸覺互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)在觸覺教育機(jī)器人、在線實(shí)時(shí)技能學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程觸覺實(shí)驗(yàn)與體驗(yàn)、盲人觸覺補(bǔ)償和基于具身認(rèn)知的觸覺反饋學(xué)習(xí)環(huán)境五大場景中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：觸覺學(xué);技能互聯(lián)網(wǎng);觸覺互聯(lián)網(wǎng);感知互聯(lián)網(wǎng);教育變革;前景展望

聽覺、視覺、嗅覺、味覺和觸覺是人類感知外界、與外界進(jìn)行信息交流的五大感知通道。19世紀(jì)的收音機(jī)、電話讓人們實(shí)現(xiàn)了聽覺的遠(yuǎn)程感知;20世紀(jì)的電視機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)讓人們實(shí)現(xiàn)了視覺的遠(yuǎn)程感知;21世紀(jì)的傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)讓人們實(shí)現(xiàn)了嗅覺、味覺和觸覺的遠(yuǎn)程感知。互聯(lián)網(wǎng)起源于20世紀(jì)50年代末期，自1993年美國提出“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”，全球互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入快速發(fā)展期。隨著通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，更低延遲、更高可靠性、更強(qiáng)連接的網(wǎng)絡(luò)被社會(huì)各行各業(yè)所期待，5G的出現(xiàn)恰好滿足了這樣的技術(shù)需求。歷時(shí)近30年，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展先后從固定互聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，再到物聯(lián)網(wǎng)，如今5G、人工智能、機(jī)器人、混合現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的快速發(fā)展將激發(fā)新的創(chuàng)新浪潮，加快了互聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)向觸覺互聯(lián)網(wǎng)、技能互聯(lián)網(wǎng)，甚至向感知互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。這種感知覺和技能交互的轉(zhuǎn)變將對(duì)教與學(xué)進(jìn)行重組，同時(shí)對(duì)未來教育產(chǎn)生革命性的變革。

一、觸覺學(xué)與觸覺互聯(lián)網(wǎng)

（一）觸覺學(xué)

觸覺學(xué)（Haptics）是新興的研究方向。從人機(jī)交互角度看，觸覺學(xué)是一種應(yīng)用觸摸感覺（觸覺）和控制來與計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序交互的科學(xué)。[1]用戶可以利用操縱桿、數(shù)字手套等與計(jì)算機(jī)程序交互獲得信息反饋。近年來，觸覺研究范疇逐漸拓展，賦予了觸覺學(xué)新內(nèi)涵。觸覺學(xué)是研究觸覺機(jī)器人、觸覺傳感器、觸覺感知、觸覺交互、觸覺反饋、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、觸感技能互聯(lián)的科學(xué)。觸覺傳感技術(shù)主要有機(jī)械觸覺傳感技術(shù)、影像觸覺傳感技術(shù)、數(shù)字觸覺傳感技術(shù)、虛擬觸覺傳感技術(shù)，借助觸覺傳感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)觸覺“無意識(shí)”跨時(shí)空存在。[2]觸覺反饋的方法有超聲波觸覺反饋（Ultrahaptics）、空氣渦環(huán)（Air vortex rings ）觸覺反饋等。觸覺是人類認(rèn)知世界的基本方式，對(duì)于人類學(xué)習(xí)具有重要的作用。

（二）觸覺互聯(lián)網(wǎng)、感知互聯(lián)網(wǎng)和技能互聯(lián)網(wǎng)辨析

互聯(lián)網(wǎng)是視聽媒體之一，延伸了人們的視覺和聽覺，成為人們獲取視聽教育資源的重要信息通道。互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)了視覺和聽覺通信的發(fā)展，觸覺互聯(lián)網(wǎng)建立在觸覺通信技術(shù)基礎(chǔ)之上，遠(yuǎn)程傳遞感覺和觸覺。觸覺互聯(lián)網(wǎng)、感知互聯(lián)網(wǎng)與技能互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，如圖1所示。觸覺傳感器、嗅覺傳感器、味覺傳感器及其與傳感技術(shù)、反饋技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的融合，產(chǎn)生了觸覺互聯(lián)網(wǎng)、嗅覺互聯(lián)網(wǎng)、味覺互聯(lián)網(wǎng)，并為遠(yuǎn)程傳遞人類的技能提供了可能，如實(shí)施遠(yuǎn)程手術(shù)。感知互聯(lián)網(wǎng)可以理解為能夠提供視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺五種感知信息實(shí)時(shí)在線交流互換的智能網(wǎng)絡(luò)。借助感知互聯(lián)網(wǎng)，人類所有的感官都可以與機(jī)器互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)支持的感知覺反饋互動(dòng)。觸覺互聯(lián)網(wǎng)、技能互聯(lián)網(wǎng)和感知互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的高級(jí)階段，促進(jìn)了人類的感知覺、技能與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，延伸了人類技能，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)智慧互聯(lián)，加快了人類邁向“人機(jī)共融”時(shí)代的步伐。未來或許會(huì)出現(xiàn)情緒互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)人類情緒的遠(yuǎn)程感知。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了信息的移動(dòng)交換，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了智能設(shè)備互聯(lián)，觸覺互聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)觸覺的在線交互和控制。觸覺互聯(lián)網(wǎng)支持的觸覺學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠借助多模態(tài)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)在線視覺、聽覺和觸覺交互，增強(qiáng)觸覺學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有助于學(xué)習(xí)者掌握必要的精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能。觸覺互聯(lián)網(wǎng)具有實(shí)時(shí)感知和同步動(dòng)作（或控制）兩個(gè)基本特征[3]，這使得人類技能可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸。

2015年，倫敦國王學(xué)院與愛立信公司宣布合作進(jìn)行5G應(yīng)用開發(fā)，創(chuàng)建5G觸覺互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，解決觸覺互聯(lián)網(wǎng)研發(fā)所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和社會(huì)應(yīng)用問題，期望突破傳統(tǒng)物理的限制，進(jìn)而打造技能互聯(lián)網(wǎng)。[4]技能互聯(lián)網(wǎng)是愛立信公司首席信息官提出的五大關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)之一。技能互聯(lián)網(wǎng)是指人類技能給予或獲取不再受限于任何物理邊界，可以通過網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)快速高效地傳播，能夠獲得與本地相近的感知體驗(yàn)。[5]聽覺、視覺、嗅覺、味覺和觸覺的高質(zhì)量、高效率的低延遲傳輸，是實(shí)現(xiàn)人類技能遠(yuǎn)程傳遞的重要前提。當(dāng)前，聽覺、視覺的遠(yuǎn)程高保真感知和傳遞已經(jīng)有了較大進(jìn)展，嗅覺、味覺和觸覺的精準(zhǔn)遠(yuǎn)程感知和反饋仍有待實(shí)現(xiàn)較大突破。技能互聯(lián)網(wǎng)是人類技能走向萬物互聯(lián)互通的必經(jīng)之路，其存在有三個(gè)重要前提：視聽覺及觸覺技術(shù)的實(shí)現(xiàn);用戶與遠(yuǎn)程終端;及機(jī)器人進(jìn)行無縫交互;高質(zhì)量、高速率通信的技術(shù)保障。[6]視聽覺以及觸覺的精準(zhǔn)獲取，可以提供給使用者真實(shí)的感官體驗(yàn)，而用戶和遠(yuǎn)端的交互也需要更可靠、低延遲的通信技術(shù)支持，5G將會(huì)成為推動(dòng)技能互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心力量。

技能互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)需要圍繞三個(gè)主要領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新：（1）網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議;（2）觸覺編碼器（動(dòng)覺和觸覺）;（3）邊緣人工智能（突破光極限）。[7]對(duì)于網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議，最需要的就是可靠性和低延遲。而網(wǎng)絡(luò)切片可以通過利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）[8]來實(shí)現(xiàn)此訴求，從而給技能互聯(lián)網(wǎng)提供獨(dú)立的邏輯網(wǎng)絡(luò)。利用人工智能與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，可以大大提升零延遲的網(wǎng)絡(luò)感知。支持觸覺和視覺反饋，并與混合現(xiàn)實(shí)結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)真實(shí)的臨場感[9]。編碼器是捕捉動(dòng)覺與觸覺的關(guān)鍵，也是使用者獲得真實(shí)感官體驗(yàn)的保障。技能互聯(lián)網(wǎng)離不開強(qiáng)大的高速網(wǎng)絡(luò)支持、邊緣化的人工智能以及觸覺互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)化。觸覺互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)化同時(shí)推動(dòng)著技能互聯(lián)網(wǎng)的形成與發(fā)展。

（三）觸覺互聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展

早在21世紀(jì)初就有關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)傳遞觸覺的研究。2003年，紐約州立大學(xué)布法羅學(xué)院虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室主任凱薩瓦達(dá)斯通過研制的裝置成功傳遞了觸摸軟硬物體的感覺，還可以通過互聯(lián)網(wǎng)把一個(gè)人感覺某實(shí)體特殊輪廓的結(jié)果傳給另一個(gè)人。[10]南洋理工大學(xué)的研究人員發(fā)明了可以穿在雞身上的震顫外衣，通過操縱電腦可以傳遞給動(dòng)物被主人撫摸的感覺，并計(jì)劃研發(fā)兒童睡衣讓孩子感受到異地父母擁抱的感覺。[11]盡管當(dāng)時(shí)暢想這種技術(shù)將會(huì)在遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程會(huì)診、虛擬現(xiàn)實(shí)和娛樂產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，但是由于互聯(lián)網(wǎng)帶寬、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)手套、觸感反饋、觸覺通信等技術(shù)的限制，互聯(lián)網(wǎng)傳遞觸覺的研究進(jìn)展緩慢。

2010年以來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，尤其是5G、Wi-Fi 6、AIoT的迅猛發(fā)展，觸覺互聯(lián)網(wǎng)迎來了新的發(fā)展契機(jī)。2014年，德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)一位教授在論文《觸覺互聯(lián)網(wǎng)：應(yīng)用與挑戰(zhàn)》中最先提出了觸覺互聯(lián)網(wǎng)（Tactile Internet，TI）的理念，他認(rèn)為觸覺互聯(lián)網(wǎng)可以定義為一種低延遲、高可靠性、高安全性的互聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施，借助于觸覺互聯(lián)網(wǎng)可提供遠(yuǎn)程觸覺感受及對(duì)對(duì)象或物體進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、診斷和服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)。[12] [13]觸覺互聯(lián)網(wǎng)將延伸和傳遞人們的觸覺感知，改變?nèi)祟惻c外界的交流方式，成為經(jīng)濟(jì)增長和科技創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力。由此，觸覺互聯(lián)網(wǎng)逐漸受到人們的關(guān)注，成為互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的前沿研究方向。

2014年8月，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布《觸覺互聯(lián)網(wǎng)：ITU-T技術(shù)觀察報(bào)告》[14]，認(rèn)為觸覺互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)是未來重要?jiǎng)?chuàng)新領(lǐng)域，觸覺互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)在虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、保健、嚴(yán)肅游戲、教育與文化、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。觸覺互聯(lián)網(wǎng)對(duì)延遲和可靠性、安全、系統(tǒng)架構(gòu)、傳感器和執(zhí)行器、接入網(wǎng)、移動(dòng)邊緣云等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有較高要求。人類對(duì)突發(fā)、不可預(yù)見事件做出反應(yīng)時(shí)，感覺到刺激和肌肉反應(yīng)之間的時(shí)間差在1秒范圍內(nèi)。人類聽覺反應(yīng)時(shí)間約為100毫秒，人類視覺反應(yīng)時(shí)間在10毫秒內(nèi)。人類手動(dòng)控制視覺場景并發(fā)出預(yù)期快速響應(yīng)的命令，需要1毫秒的反應(yīng)時(shí)間。5G網(wǎng)絡(luò)延遲降低至1毫秒，其超低延遲、高速率、大容量的特性滿足了觸覺互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)需求，將會(huì)顯著增強(qiáng)人類感知覺和技能的在線交互體驗(yàn)。

2015年，倫敦國王學(xué)院米沙·多勒爾（Mischa Dohler）在巴塞羅那召開的世界移動(dòng)通信大會(huì)上進(jìn)行演講后，觸覺互聯(lián)網(wǎng)就迅速成為了熱詞，研究者開始逐漸關(guān)注觸覺互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。2016年，有研究團(tuán)隊(duì)[15]分析了觸覺互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)要求和架構(gòu)方法;通過調(diào)查報(bào)告介紹了觸覺互聯(lián)網(wǎng)的最新進(jìn)展和使用技術(shù)，而且特別關(guān)注了光纖無線對(duì)低延遲和可靠性的貢獻(xiàn)[16]。2017年，有研究團(tuán)隊(duì)介紹了一種基于多層云的觸覺互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[17];探討了幾種可應(yīng)用于觸覺互聯(lián)網(wǎng)的低延遲技術(shù)[18]。

2018年，美國電器與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）成立了觸覺互聯(lián)網(wǎng)工作組，定義了觸覺互聯(lián)網(wǎng)框架，開展觸覺互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工作。同年，有研究團(tuán)隊(duì)探討了通過5G觸覺互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)觸覺通信的方法與經(jīng)驗(yàn)[19]。

2019年，有研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于5G技術(shù)進(jìn)行的觸覺互聯(lián)網(wǎng)的超可靠和低延遲系統(tǒng)。[20]拉杰什·古塔普（Rajesh Gupta）等[21]考慮利用5G網(wǎng)絡(luò)來解決通信延遲問題，并探討了在5G背景下互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別。

2020年隨著5G技術(shù)的逐漸成熟，關(guān)于觸覺互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)研究開始快速增多。有研究團(tuán)隊(duì)分析了未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點(diǎn)和需求，提出了一種適應(yīng)觸覺互聯(lián)網(wǎng)的新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)FlexNGIA[22];研究了5G技術(shù)的高可靠和低延遲通信（uRLLC）服務(wù)在觸覺互聯(lián)網(wǎng)中遇到的問題和應(yīng)用趨勢(shì)[23];結(jié)合5G技術(shù)，根據(jù)具體的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來減少網(wǎng)絡(luò)延遲[24];開發(fā)了一個(gè)通用的觸覺互聯(lián)網(wǎng)可擴(kuò)展測試平臺(tái)即TIXT[25]。也有研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為新技術(shù)的迅猛發(fā)展將促進(jìn)傳統(tǒng)視聽媒體擴(kuò)展到包括觸覺在內(nèi)的多模式應(yīng)用[26]。夏爾馬（Sharma）等[27]提出了一個(gè)5G無線通信領(lǐng)域的通用框架，包括體系結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)要求、關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域和潛在技術(shù)，并構(gòu)架了未來的研究方向。魏萌等[28]提出了一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（ SDN） 的多層觸覺互聯(lián)網(wǎng)端到端體系結(jié)構(gòu)來解決延遲問題。阿拉姆（Alam）[29]提出了下一代智能城市觸覺互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想。

從2014年觸覺互聯(lián)網(wǎng)概念提出到現(xiàn)在已經(jīng)歷時(shí)7年，意識(shí)領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)和高校已經(jīng)開始率先布局觸覺互聯(lián)網(wǎng)研究工作，但是總體來說這方面研究還相對(duì)薄弱，其商用價(jià)值還有待進(jìn)一步挖掘釋放。據(jù)CNKI統(tǒng)計(jì)分析，截至2021年3月24日，在CNKI以篇名檢索觸覺互聯(lián)網(wǎng)，僅有92篇文獻(xiàn)，其中86篇英文文獻(xiàn)，6篇中文文獻(xiàn)。此外，涌現(xiàn)了觸覺互聯(lián)網(wǎng)方面的著作，諸如《基于5G Wi-Fi架構(gòu)的觸覺互聯(lián)網(wǎng)》《人在回路中的觸覺互聯(lián)網(wǎng)》《打造5G觸覺互聯(lián)網(wǎng)》等。

隨著5G技術(shù)成熟和商用的廣泛推廣，觸覺互聯(lián)網(wǎng)迎來新的發(fā)展契機(jī)。尤其是5G毫米波頻段能夠提供更大的信道容量，支持更高的通信速率，提供厘米級(jí)的高精度定位服務(wù)。5G毫米波能夠通過營造5G混合現(xiàn)實(shí)智慧應(yīng)用場景，增強(qiáng)8K超高清視頻直播效果，為人們帶來更好的應(yīng)用體驗(yàn)。5G毫米波支持的觸覺互聯(lián)網(wǎng)或許可以帶來“共情”，如身體域網(wǎng)絡(luò)、多感官混合現(xiàn)實(shí)、情感和觸覺交流。[30]這將更有利于推進(jìn)觸覺傳遞和技能交互，但是也要克服路損（path-loss）和雨衰（rain-attenuation）的缺陷。隨著5G、AIoT、VR、AR、MR等技術(shù)的迅速發(fā)展，觸覺互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)人類觸覺的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)傳遞，未來感知互聯(lián)網(wǎng)也將成為可能，信息、技能的傳遞將超越視聽覺、觸覺，甚至包括人類情感在內(nèi)的更多感知與感覺。

二、觸覺互聯(lián)網(wǎng)提升智慧互聯(lián)水平

（一）觸覺互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架

觸覺互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架由觸覺化身用戶、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、觸覺機(jī)器人三部分組成，如圖2所示。觸覺互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)在線人機(jī)觸感交互與控制，在線傳遞人類技能。觸覺通信對(duì)低延遲、高速率、大容量具有較高要求，以5G為核心的多網(wǎng)融合滿足了觸覺實(shí)時(shí)通信的要求。觸覺互聯(lián)網(wǎng)通過觸覺通信實(shí)時(shí)在線傳遞與控制物理感覺，觸覺精準(zhǔn)感知與精準(zhǔn)反饋、觸覺編碼與解碼決定著觸感技能互聯(lián)體驗(yàn)。觸覺通信包括觸覺控制數(shù)據(jù)（動(dòng)覺和觸覺反饋）和非觸覺控制數(shù)據(jù)（如語音和視頻）。觸覺化身用戶通常需要穿戴觸覺感知設(shè)備傳遞觸覺或接收在線觸覺反饋。觸覺傳感器采集的觸覺信息經(jīng)過觸覺編碼后，在觸覺互聯(lián)網(wǎng)中傳遞給觸覺化身用戶，觸覺解碼后轉(zhuǎn)化成觸覺終端指令讓用戶在真實(shí)和虛擬環(huán)境中觸摸、感受和操作對(duì)象。觸覺互聯(lián)網(wǎng)提供了觸覺信息的雙向高速通信，實(shí)現(xiàn)人類觸覺和技能的精準(zhǔn)傳遞。觸覺互聯(lián)網(wǎng)需要超可靠、超靈敏和安全的網(wǎng)絡(luò)連接，以實(shí)現(xiàn)典型可靠性和延遲的實(shí)時(shí)觸覺和非觸覺交互。

觸覺互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)包括觸覺機(jī)器人、觸覺傳感器（觸覺終端）、觸覺感知、觸覺反饋、觸覺交互（觸摸屏）、觸覺通信（觸覺傳感、觸覺編碼與解碼）。觸覺機(jī)器人是未來觸覺互聯(lián)網(wǎng)的核心體現(xiàn)，通過觸覺傳感器感知觸覺信息能力是衡量觸覺機(jī)器人的重要性能指標(biāo)。觸覺機(jī)器人達(dá)到人類感知和處理觸覺信息的能力，將是觸覺機(jī)器人發(fā)展的終極目標(biāo)。高性能的觸覺傳感器將賦予觸覺機(jī)器人更精準(zhǔn)的觸覺能力，人機(jī)觸覺互動(dòng)和智慧互聯(lián)將成為現(xiàn)實(shí)。觸覺傳感器是感知觸感信息的重要觸覺設(shè)備。觸覺反饋裝置又稱為觸覺執(zhí)行器，可以提供觸覺反饋。在觸覺互聯(lián)網(wǎng)中，利用移動(dòng)邊緣計(jì)算可以使集中式的云功能分布到無線接入網(wǎng)的邊緣，從而減少延遲，克服傳統(tǒng)云計(jì)算導(dǎo)致觸覺互聯(lián)網(wǎng)響應(yīng)時(shí)間延遲的問題。

（二）智慧互聯(lián)七層次模型

近年來，我國加快了智慧教育、智慧教育示范區(qū)、智慧校園建設(shè)，全國智慧教育蓬勃發(fā)展。尤其是“十四五”開局之年，智慧教育被寫入了《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》。這意味著，智慧教育受到國家高度重視，對(duì)這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)已上升到國家戰(zhàn)略層面。然而，智慧教育如何體現(xiàn)“智慧”一直是教育界的“痛點(diǎn)”，困擾著智慧教育的研究者和實(shí)踐者。觸覺互聯(lián)網(wǎng)、感知互聯(lián)網(wǎng)和技能互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)提升智慧互聯(lián)水平，成為破解“智慧”難題的新途徑。

智慧互聯(lián)又稱智能互聯(lián)，是指以技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為核心，實(shí)現(xiàn)媒體、平臺(tái)、數(shù)據(jù)、資源、人和物的互聯(lián)互通。智慧互聯(lián)也可看作是智能互聯(lián)的目的和結(jié)果，智能互聯(lián)是實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián)的途徑。智慧互聯(lián)七層次模型，如圖3所示。智慧教育領(lǐng)域中的智慧互聯(lián)從低到高分為七個(gè)層次：（1）技術(shù)互聯(lián)，即物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)的融合。（2）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（多網(wǎng)融合），即5G、Wi-Fi 6/全光網(wǎng)、AIoT、廣播電視網(wǎng)、智能電網(wǎng)等多網(wǎng)絡(luò)融合。（3）媒體互聯(lián)，即智能互聯(lián)終端、智能手機(jī)、智慧黑板、平板電腦、臺(tái)式機(jī)等多種媒體互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全媒體學(xué)習(xí)。（4）平臺(tái)互聯(lián)，即國家/省/市系統(tǒng)平臺(tái)、校內(nèi)系統(tǒng)平臺(tái)、校外培訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)等互聯(lián)互通。（5）數(shù)據(jù)互聯(lián)，即借助系統(tǒng)平臺(tái)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)類數(shù)據(jù)、管理類數(shù)據(jù)、科研類數(shù)據(jù)、服務(wù)類數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)共享。（6）資源互聯(lián)，即實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)書、智慧課程、云教材、超高清視頻交互資源、裸眼3D資源等各種資源互聯(lián)互通。（7）人物互聯(lián)，即實(shí)現(xiàn)人與人、物與物、人與物互聯(lián)（腦機(jī)接口）。智慧互聯(lián)打破了技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、媒體、平臺(tái)、數(shù)據(jù)、資源、人和物的邊界，有利于打破“數(shù)據(jù)孤島”“信息孤島”“業(yè)務(wù)孤島”“應(yīng)用孤島”“服務(wù)孤島”，促進(jìn)數(shù)據(jù)、信息、業(yè)務(wù)、應(yīng)用和服務(wù)的融合創(chuàng)新，提升教育智慧化水平，讓用戶獲得智慧教育服務(wù)的高體驗(yàn)感和高滿意度。

智慧教育的“智慧”主要體現(xiàn)為顯性智慧（基礎(chǔ)設(shè)施智能化、系統(tǒng)平臺(tái)智能互聯(lián)等）、隱性智慧（理念、方法、應(yīng)用的智慧化）和創(chuàng)新智慧（教育系統(tǒng)整體性變革、創(chuàng)新引領(lǐng)教育發(fā)展、教育治理現(xiàn)代化、創(chuàng)新人才培養(yǎng)等）三個(gè)層次。智慧互聯(lián)既有利于提升教育的顯性智慧，又有利于提升教育的隱性智慧和創(chuàng)新智慧。觸覺互聯(lián)網(wǎng)將加速互聯(lián)網(wǎng)向類腦架構(gòu)進(jìn)化，促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)具備視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，甚至擁有記憶神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和自主神經(jīng)系統(tǒng)，最終產(chǎn)生互聯(lián)網(wǎng)云腦，甚至具有一定的人類智慧。[31]物聯(lián)網(wǎng)可視為互聯(lián)網(wǎng)云腦的感覺神經(jīng)系統(tǒng)，云計(jì)算可視為互聯(lián)網(wǎng)云腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)可視為互聯(lián)網(wǎng)云腦的信息基礎(chǔ)，5G、Wi-Fi 6可視為互聯(lián)網(wǎng)云腦神經(jīng)系統(tǒng)的延伸，智能終端、邊緣計(jì)算可視為互聯(lián)網(wǎng)云腦的神經(jīng)末梢。

三、觸覺互聯(lián)網(wǎng)在線教育應(yīng)用前景展望

（一）觸覺互聯(lián)網(wǎng)為動(dòng)覺學(xué)習(xí)者提供在線學(xué)習(xí)新路徑

目前，觸覺互聯(lián)網(wǎng)研究仍屬于前瞻性研究，其商用價(jià)值還有待進(jìn)一步彰顯。從本質(zhì)上看，觸覺互聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相比，拓展了原有的視聽信息通道，增加了觸覺信息通道。觸覺互聯(lián)網(wǎng)的誕生使得技能在線傳遞成為可能，觸覺的遠(yuǎn)程控制與交互延伸了人類技能學(xué)習(xí)方式。從學(xué)習(xí)方式看，觸覺互聯(lián)網(wǎng)將變革人類學(xué)習(xí)方式，催生觸覺學(xué)習(xí)方式。學(xué)習(xí)者借助可穿戴觸覺裝置，可以獲得動(dòng)覺學(xué)習(xí)體驗(yàn)，開拓基于觸覺互聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)作技能在線學(xué)習(xí)新路徑。

（二）觸覺互聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)在線教育觸覺臨場感

臨場感缺失是困擾在線教育發(fā)展的難題，這也是在線教育難以達(dá)到線下教育同質(zhì)同效的根本原因。[32]未來在線教育形態(tài)、OMO（Online-Merge-Offline，線上和線下的深度融合）教育形態(tài)、傳統(tǒng)教育形態(tài)將呈現(xiàn)協(xié)同發(fā)展態(tài)勢(shì)，尤其是OMO教育形態(tài)將會(huì)受到師生的青睞。雖然5G時(shí)代的直播教育，建立了超高速信息傳播通道，創(chuàng)新了在線教育形態(tài)，在情感交流、臨場感、交互性、教學(xué)資源時(shí)效性、個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但是仍然難以彌補(bǔ)在線教育的觸感缺失。[33]觸覺互聯(lián)網(wǎng)打破了視聽二元在線教育資源傳輸?shù)臓顟B(tài)，加入了觸覺在線教育資源形態(tài)。這將改變?cè)诰€教育資源的呈現(xiàn)方式，重塑視、聽、觸覺多模態(tài)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)在線教育觸覺臨場感，從而在一定程度上破解在線教育臨場感缺失的難題。

（三）觸覺互聯(lián)網(wǎng)催生在線教育新場景

目前，觸覺互聯(lián)網(wǎng)的研究主要集中于遙感控制、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、游戲等領(lǐng)域，在教育中尚處于萌芽狀態(tài)。觸覺互聯(lián)網(wǎng)具有超低延遲、高可靠性、高安全性、觸覺實(shí)時(shí)交互等特點(diǎn)。這將使得構(gòu)建實(shí)時(shí)觸覺交互系統(tǒng)成為可能，為教育領(lǐng)域提供增強(qiáng)型在線實(shí)時(shí)觸覺交互體驗(yàn)，讓師生在學(xué)習(xí)過程中獲得觸覺感官支持。觸覺互聯(lián)網(wǎng)的教育應(yīng)用潛能值得挖掘，在未來在線教育中具有廣闊的應(yīng)用前景。

根據(jù)觸覺互聯(lián)網(wǎng)的功能和特點(diǎn)，可以預(yù)測未來觸覺互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)在五大場景中發(fā)揮重要作用：（1）觸覺教育機(jī)器人。教育機(jī)器人具有視覺、聽覺和觸覺能力，可以開展觸覺技能相關(guān)的書法教學(xué)、武術(shù)陪練、鋼琴演奏、實(shí)驗(yàn)演示等。（2）在線實(shí)時(shí)技能學(xué)習(xí)。例如，觸覺感應(yīng)手套記錄教師手指操作行為，并進(jìn)行觸覺編碼和解碼，通過觸覺通信傳遞到遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者，可以用于精準(zhǔn)學(xué)習(xí)演奏樂器的姿勢(shì)和指法、手術(shù)操作技能的精準(zhǔn)培訓(xùn)、精準(zhǔn)操作的仿真訓(xùn)練等。（3）遠(yuǎn)程觸覺實(shí)驗(yàn)與體驗(yàn)。觸覺互聯(lián)網(wǎng)延伸了人類的觸覺，增強(qiáng)了人機(jī)智慧互聯(lián)，這為開展遠(yuǎn)程觸覺實(shí)驗(yàn)、交流觸覺體驗(yàn)創(chuàng)設(shè)了環(huán)境。觸覺互聯(lián)網(wǎng)還可以通過實(shí)時(shí)觸覺交互與控制，遠(yuǎn)程感知環(huán)境，增強(qiáng)人類的遠(yuǎn)程感知能力。例如，在地球上遠(yuǎn)程感知月球、火星的環(huán)境，識(shí)別月壤的硬度、顆粒度大小，體驗(yàn)月球引力等。（4）盲人觸覺補(bǔ)償。觸覺是盲人與外界進(jìn)行信息交流的重要感知通道。觸覺傳感器可以補(bǔ)償盲人觸覺感知能力，觸覺互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)盲人人機(jī)觸覺互聯(lián)。例如，延伸盲人智能手機(jī)的觸感技能，增強(qiáng)盲文通信，讓盲人獲得更好的觸感體驗(yàn)。（5）基于具身認(rèn)知的觸覺反饋學(xué)習(xí)環(huán)境。沉浸式強(qiáng)觸覺反饋學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)習(xí)者開展基于具身認(rèn)知的各種活動(dòng)，從而增強(qiáng)觸覺學(xué)習(xí)方式的學(xué)習(xí)效果。從腦科學(xué)看，人類學(xué)習(xí)活動(dòng)與環(huán)境、資源、情緒等具有相互增強(qiáng)的關(guān)系，學(xué)習(xí)的過程就是人腦與外部環(huán)境進(jìn)行信息交換的過程，沉浸式強(qiáng)觸覺交互有助于增強(qiáng)神經(jīng)元聯(lián)結(jié)，進(jìn)而提升人類的智慧。

四、觸覺互聯(lián)網(wǎng)變革未來在線教育的建議

目前，觸覺互聯(lián)網(wǎng)正處于成長階段，其商用推廣價(jià)值有待進(jìn)一步挖掘。為更好地促進(jìn)觸覺互聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用，未來建議：第一，要加快觸覺互聯(lián)網(wǎng)、觸覺教育機(jī)器人、觸覺傳感器、觸覺反饋技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)速度，加強(qiáng)人力、物力、財(cái)力方面的投入。第二，加快推進(jìn)觸覺終端產(chǎn)品研發(fā)，推進(jìn)觸覺互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場化。第三，在教育領(lǐng)域中試點(diǎn)超前部署觸覺互聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)觸覺互聯(lián)網(wǎng)變革未來在線教育實(shí)踐探索。觸覺互聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用尚處于萌芽階段，但是已經(jīng)顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛能。期待更多的專家學(xué)者關(guān)注觸覺互聯(lián)網(wǎng)的教育應(yīng)用，推進(jìn)觸覺學(xué)習(xí)方式，開啟“人機(jī)共融”新時(shí)代。

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（責(zé)任編輯 孫志莉）