Why does chili feel hot and mint feel cool? That question won a Nobel Prize.
The 2021 Nobel Prize in Physiology or Medicine went to David Julius and Ardem Patapoutian “for their discoveries of receptors for temperature and touch”. Our skin has molecular switches for heat and cold, and chili (capsaicin) and mint (menthol) flip them directly.
Skin cares about changes in temperature
Skin has separate nerve endings for cool and warm. They react most to change: too slow and you miss it, too long and you get used to it.
- Skin cares about change. — How do we feel hot and cold? A few numbers every designer needs.
- Receptors: Skin has molecular switches for heat and cold (TRPV1: Caterina et al. 1997 · TRPM8: McKemy et al. 2002; Peier et al. 2002)
- Change: Change too slowly and we miss it (Changes slower than ~0.1 °C/s are hard to notice (Filingeri 2016; Kenshalo 1968))
- Body map: Face most sensitive, feet least; cool is easier to notice than warm (Stevens & Choo 1998; Luo et al. 2020)
- Materials: Same room temperature—why does metal feel colder than wood? (Touching aluminium, glass, acrylic and foam for 20 s: faster heat loss feels colder — Schematic, redrawn after Ho, Temperature 2018, Fig. 3)
- Fun fact: We have no sensor for wetness: wet = cool + light pressure. (Filingeri et al. 2014)
- Feeling hot and cold is all about change.
Your brain can be fooled by temperature
Thermal illusions are not just fun: designers use them to make devices faster, cheaper and even to create feelings out of nothing.
- Your brain can be fooled by temperature. — Thermal illusions are fun—and they make devices faster and cheaper.
- Thermal grill: Warm and cool bars side by side can feel burning (Craig & Bushnell 1994 — never try it at painful temperatures)
- Thermal referral: Warm one finger and three feel warm (Green 1977; devices can use fewer heaters (Wang et al. 2024))
- Try it: Two identical coins: the chilled one feels heavier. (Temperature–weight illusion, first noticed by Weber (Kuhtz-Buschbeck et al. 2020))
- Three bowls: Temperature sense is relative
- Seeing temperature: Just seeing fire or ice changes how warm you feel (Fire or ice worlds and hands in VR changed felt temperature and skin temperature — Schematic, redrawn after Kocur et al., CHI 2023)
- Illusions are a designer’s magic.
From glass tubes to electronic skin
Four centuries ago people watched air expand in a glass tube. Today sensors thinner than paper sit on skin, and robots tell materials apart by the heat they feel.
- From glass tubes to electronic skin. — How do machines measure temperature? A 400-year story.
- History: Temperature went from a feeling to a number (Bigotti 2018; Fahrenheit 1724; Velmre 2007; Callendar 1887; Becker 1946; Kim 2011)
- E-skin: Like skin, it senses temperature, pressure and more at once (A stretchable, skin-like sensor network — Schematic, redrawn after Hua et al., Nature Communications 2018)
- Robots: Robots can feel metal from wood (Recognising materials from heat flow (Bhattacharjee et al. 2015))
- Interaction: Warm fingerprints become touch input (HeatWave (CHI 2011); Thermal Touch (ISMAR 2014))
- It’s not only thermometers that sense heat.
Sending warm and cool: by touch or through the air
The most common tool is a Peltier element on the skin—a small plate that gets hot on one side and cold on the other when powered. Others use water, air, light, mist, ultrasound, even chili and illusions. Each trades off speed, distance and safety.
- Sending warm and cool. — Heat travels by touch, by air, by light, or by evaporation.
- Two routes: Touching the skin, or through the air
- Conduction: Way 1: heat by touch (Ino et al. 1993; Hayakawa et al. 2015; Kim et al. 2020)
- Peltier: The most common contact device: hot on one side, cold on the other (Classic challenges of thermal displays (Jones & Ho 2008))
- Conduction · example: A flexible glove that cools 10 °C in under 0.5 s (Hot and cold touches when grabbing objects in VR — Schematic, redrawn after Kim et al., Scientific Reports 2020)
- Convection: Way 2: heat carried by air (Ranasinghe et al. 2017; Xu et al. 2022; Akimoto et al. 2025)
- Radiation: Way 3: heat sent by light (Saga et al. 2015; Iwai et al. 2019; Xu et al. 2023)
- Evaporation: Way 4: cooling by evaporation (Nakajima et al. 2021; Xu et al. 2026)
- Evaporation · example: Ultrasound sends mist to one spot, where it evaporates and cools (A pin-point cool spot without contact — Schematic, redrawn after Nakajima et al., IEEE ToH 2021)
- Chemical: A shortcut: chemicals that trick the sensors (Lu et al. 2021 (UIST); Hamazaki et al. 2022)
- The problem: Why do warm and cool always lag? (Skin and devices store heat: warming is fast, cooling slow, and heat lingers (Jones & Ho 2008))
- Speed-up 1 · perception: Split warm and cool into small tiles and it feels faster (Zhang et al. 2026 (UIST, TherMosaic); Sato et al. 2013)
- Speed-up 2 · combine: Warm with light, cool with mist (Xu et al. 2024 (MoHeat); Xu et al. 2026 (ChillFactor, MoHeat Evo); Ichihashi et al. 2024 (UIST))
- Speed-up 2 · our work: Steady cold air + brief light: cool that lasts (Contact-free cooling on the same patch of skin — Schematic, redrawn after Xu et al., IEEE ToH 2023)
- Speed-up 3 · hardware: Prepare hot and cold, then flip to switch (Kang et al. 2024 (UIST, Flip-Pelt); Ichihashi et al. 2021 (infrared + shutter); Hayakawa et al. 2015 (switching water))
- Compare: No perfect method—only the right one
- Warm and cool can be designed.
Where can temperature be used?
From games and music to hospitals and robots. Most is still in the lab; a few areas have clinical or long-term evidence—we mark how strong the evidence is.
- Where can temperature go? — Games, emotions, medicine, robots—and how strong the evidence is.
- Ten areas: Application studies in the library (Numbers = papers in this library)
- Robots: Robot hugs are liked more when soft and warm (A robot given a soft, heated outfit — Schematic, redrawn after Block & Kuchenbecker, Int. J. Social Robotics 2019)
- Check the evidence: “Holding a hot drink makes you friendlier”? Large repeat studies did not find the same effect. (Williams & Bargh 2008; Lynott et al. 2014; Chabris et al. 2019)
- Maturity: Most are still in the lab; a few reach the clinic
- Thermal applications have only just begun.
Next, it’s your turn
Problems that keep coming up—and chances for new research.
From thermometers to a field that is heating up
Laid out by year, the 576 studies grow from about 5 a year in the 2000s to about 47 a year since 2023—and the focus moves from how skin feels temperature to building it into devices and applications.
- 300 years of thermal research. — All 576 studies in the library, laid out year by year.
- Studies per year: The last ten years saw a rapid rise (About 5 a year in the 2000s, about 47 a year since 2023 (this library))
- Four eras: From understanding skin to sending heat through the air
- The shift: The focus moved from perception to devices and uses
- Keyword network: VR, wearables and cross-modal are the new hub (26 topics found in titles, keywords and abstracts; a line joins two topics that appear in the same paper)
- Heating up: Contact-free, illusion and application studies are all growing
- A caveat: These are the 576 we collected—not everything. Newer papers are easier to find, and 2026 isn’t over.
- Thermal research is heating up.
Want to go deeper?
From popular books anyone can enjoy to research textbooks—50 titles, with details checked against library catalogues with AI assistance.
Thirty-two measuring tools, lab stimulators and products you can already buy, grouped by use.
辣椒为什么“烫”，薄荷为什么“凉”？ 这个问题拿了诺贝尔奖。
2021 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了 David Julius 和 Ardem Patapoutian，理由是“发现了温度和触觉的受体”。皮肤里有专门感受热和冷的分子开关，辣椒素和薄荷醇正好能把它们打开。
皮肤更在意温度的变化
皮肤里分别有感“冷”和感“暖”的神经末梢。它们对温度的变化最敏感：变得太慢，就感觉不到；泡得太久，就习惯了。
- 皮肤更在意变化。 — 我们怎样感觉冷和热？几个设计者必须知道的数字。
- 受体：皮肤里有感“热”和感“冷”的分子开关（TRPV1：Caterina 等 1997 · TRPM8：McKemy 等 2002、Peier 等 2002）
- 变化：温度变得太慢，就感觉不到（每秒变化小于约 0.1 °C 时很难察觉（Filingeri 2016；Kenshalo 1968））
- 身体地图：脸最灵敏、脚最迟钝；凉比暖更容易察觉（Stevens & Choo 1998；Luo 等 2020）
- 材质：同样是室温，为什么金属摸起来比木头凉？（摸铝、玻璃、亚克力、泡沫 20 秒：热量流得越快，越觉得凉 — 示意图，参考 Ho, Temperature 2018, Fig. 3 重画）
- 冷知识：人没有感受“湿”的器官： 湿 = 凉 + 轻轻的压。（Filingeri 等 2014）
- 感觉冷热，靠的是变化。
大脑也会被温度骗
温度错觉不只是好玩：设计者用它们让设备更省电、更快，甚至“无中生有”。
- 大脑也会被温度骗。 — 这些错觉不只好玩，还能让设备更省电、更快。
- 热栅错觉：暖和凉交错排列，竟然觉得烫（Craig & Bushnell 1994；请不要用会疼的温度尝试）
- 热转移：只热一根手指，三根都觉得暖（Green 1977；设备可以用更少的发热点（Wang 等 2024））
- 自己试试：两枚一样的硬币，冰过的那枚 感觉更重。（温度—重量错觉：Weber 在 19 世纪发现（Kuhtz-Buschbeck 等 2020））
- 三碗水：温度感觉是相对的
- 看见温度：只是看到火或冰，也会改变冷热感（火焰或冰的 VR 世界与手，改变了冷热感和皮肤温度 — 示意图，参考 Kocur et al., CHI 2023 重画）
- 错觉，是设计者的魔法。
从玻璃管到贴在皮肤上的电子皮肤
400 年前，人们用一根玻璃管看空气热胀冷缩；今天，比纸还薄的传感器可以贴在皮肤上，机器人也能靠“摸”出的热量分辨材料。
- 从玻璃管到电子皮肤。 — 机器怎样测量温度？400 年的故事。
- 历史：测温，从“感觉”变成“数字”（Bigotti 2018；Fahrenheit 1724；Velmre 2007；Callendar 1887；Becker 1946；Kim 2011）
- 电子皮肤：像皮肤一样，能同时感觉温度、压力和更多（可拉伸的“皮肤式”传感网络 — 示意图，参考 Hua et al., Nature Communications 2018 重画）
- 机器人：机器人也能“摸”出金属和木头（靠热量流走的快慢识别材料（Bhattacharjee 等 2015））
- 交互：手指留下的热手印，变成触控（HeatWave（CHI 2011）；Thermal Touch（ISMAR 2014））
- 会测温的，不只是温度计。
把冷热送给人：贴着，或者隔空
最常见的是贴在皮肤上的“珀尔帖”小板（一通电就一面热一面冷）；也有用水、风、光、雾、超声，甚至辣椒素和错觉的方法。各有快慢、远近和安全上的取舍。
- 把冷热送给人。 — 热量有几种走法：贴着传、被风带、被光送、被蒸发带走。
- 两条路：贴着皮肤，或者隔空
- 传导：第一种：贴着皮肤传热（Ino 等 1993；Hayakawa 等 2015；Kim 等 2020）
- 珀尔帖：最常见的传导元件：通电后一面热、一面冷（热显示的经典难题（Jones & Ho 2008））
- 传导 · 例子：柔性手套：0.5 秒内降温 10 °C（VR 里触摸虚拟物体时给出冷热 — 示意图，参考 Kim et al., Scientific Reports 2020 重画）
- 对流：第二种：让风来传热（Ranasinghe 等 2017；Xu 等 2022；Akimoto 等 2025）
- 辐射：第三种：用光隔空传热（Saga 等 2015；Iwai 等 2019；Xu 等 2023）
- 蒸发：第四种：靠蒸发带走热（Nakajima 等 2021；Xu 等 2026）
- 蒸发 · 例子：超声波把雾送到手心一点，蒸发带走热量（不接触的点状冷感 — 示意图，参考 Nakajima et al., IEEE ToH 2021 重画）
- 化学：另类方法：用化学物质骗过温度开关（Lu 等 2021（UIST）；Hamazaki 等 2022）
- 难题：为什么冷热总是慢一拍？（皮肤和设备都会存热：加热快、降温慢，还会留下余热（Jones & Ho 2008））
- 提速 1 · 感知：把冷热切成小块，感觉就变快了（Zhang 等 2026（UIST，TherMosaic）；Sato 等 2013）
- 提速 2 · 组合：用光加热、用雾降温，各取所长（Xu 等 2024（MoHeat）；Xu 等 2026（ChillFactor、MoHeat Evo）；Ichihashi 等 2024（UIST））
- 提速 2 · 我们的研究：冷风一直吹，光短暂加热：持续凉、几乎不留余冷（同一块皮肤上的非接触冷感 — 示意图，参考 Xu et al., IEEE ToH 2023 重画）
- 提速 3 · 硬件：提前备好冷和热，一翻就切换（Kang 等 2024（UIST，Flip-Pelt）；Ichihashi 等 2021（红外 + 快门）；Hayakawa 等 2015（冷热水切换））
- 对比：没有完美的方法，只有合适的方法
- 冷热，可以被设计。
温度能用在哪里？
从游戏、音乐到医院和机器人。大多数还在实验室阶段，少数已经有临床或长期研究；我们把证据强弱也标了出来。
- 温度能用在哪里？ — 娱乐、情感、医疗、机器人……以及证据有多强。
- 十个方向：资料库里的应用研究（数字是本资料库收录的论文数）
- 机器人：柔软又温暖的机器人拥抱，更受欢迎（给机器人加上柔软的外衣与加热垫 — 示意图，参考 Block & Kuchenbecker, Int. J. Social Robotics 2019 重画）
- 要看证据：“握一杯热饮，会让人更友善”？ 大规模重复实验没能得到同样结果。（Williams & Bargh 2008；Lynott 等 2014；Chabris 等 2019）
- 成熟度：大多数还在实验室，少数走到了临床
- 温度的应用，才刚刚开始。
下一步，你来解决
这些是领域里反复出现的难题，也是新研究的机会。
从温度计，到正在升温的研究
把资料库里的 576 篇研究按年份排开：2000 年代每年约 5 篇，2023 年以后每年约 47 篇；研究的重心也从“皮肤怎样感觉”，移到了“怎样把冷热做进设备和应用”。
- 温度研究的三百年。 — 把资料库里的 576 篇研究按年份排开，看看大家在研究什么。
- 每年的研究：最近十年，研究数量快速增加（2000 年代每年约 5 篇，2023 年以后每年约 47 篇（本资料库））
- 四个时代：从了解皮肤，到隔空送冷热
- 重心转移：研究重心从感知移向设备与应用
- 关键词网络：关键词越连越紧：VR、可穿戴和跨感官成为中心（从标题、关键词和摘要中识别 26 个主题；两个主题出现在同一篇论文里就连一条线）
- 正在升温：非接触、错觉和应用研究，都在增加
- 读数据的提醒：这是我们收集的 576 篇，不是全部。 越新的论文越容易找到，2026 年还没结束。
- 温度研究，正在升温。
想读得更深？
从适合所有人的科普书，到研究者用的教科书。这里共收录 50 本，书目信息由 AI 协助在图书目录中核对。
研究里常用的测温工具、温度刺激器，以及已经能买到的冷热产品，共 32 种，按用途分组。
唐辛子はなぜ「熱く」、ミントはなぜ「涼しい」？ この問いがノーベル賞に。
2021年のノーベル生理学・医学賞は、「温度と触覚の受容体の発見」でデビッド・ジュリアスとアーデム・パタプティアンに贈られました。皮膚には熱さと冷たさを感じる分子のスイッチがあり、カプサイシンやメントールはそれを直接オンにします。
皮膚は温度の変化に敏感
皮膚には「冷たい」と「温かい」を感じる神経の先端が別々にあります。温度の変化にいちばん敏感で、変化がゆっくりだと気づかず、長く続くと慣れてしまいます。
- 皮膚は変化に敏感。 — 人はどう冷温を感じる？設計に欠かせない数字。
- 受容体：皮膚には「熱」と「冷」の分子スイッチがある（TRPV1：Caterina ら 1997 · TRPM8：McKemy ら 2002、Peier ら 2002）
- 変化：ゆっくりすぎる変化は感じない（1秒あたり約0.1 °C未満の変化は気づきにくい（Filingeri 2016；Kenshalo 1968））
- 体の地図：顔が最も敏感、足が最も鈍い。冷たさのほうが気づきやすい（Stevens & Choo 1998；Luo ら 2020）
- 材質：同じ室温でも、なぜ金属は木より冷たい？（アルミ・ガラス・アクリル・発泡材に20秒触れる：熱が速く逃げるほど冷たい — 参考図（Ho, Temperature 2018, Fig. 3 をもとに作図））
- 豆知識：人に「濡れ」の受容体はない： 濡れ＝冷たさ＋軽い圧。（Filingeri ら 2014）
- 冷温を感じるカギは変化。
脳も温度にだまされる
温度の錯覚は面白いだけではありません。デバイスを省エネに、速く、そして「ないもの」を感じさせるために使われています。
- 脳も温度にだまされる。 — 錯覚は面白いだけでなく、装置を省エネで速くする。
- サーマルグリル錯覚：温と冷を交互に並べると、なぜか熱い（Craig & Bushnell 1994；痛い温度で試さないでください）
- サーマルリファーラル：1本だけ温めても、3本とも温かい（Green 1977；少ない発熱部で済む（Wang ら 2024））
- やってみよう：同じ硬貨2枚。冷やしたほうが 重く感じる。（温度–重さ錯覚：19世紀にウェーバーが発見（Kuhtz-Buschbeck ら 2020））
- 3つのお椀：温度の感覚は相対的
- 見える温度：火や氷を見るだけで、冷温の感じ方が変わる（炎や氷のVR世界と手が、温冷感と皮膚温を変えた — 参考図（Kocur et al., CHI 2023 をもとに作図））
- 錯覚は、設計者の魔法。
ガラス管から肌に貼る電子皮膚へ
400年前はガラス管で空気の膨張を見ていました。今では紙より薄いセンサを肌に貼り、ロボットは触れたときの熱で材質を見分けます。
- ガラス管から電子皮膚へ。 — 機械はどう温度を測る？400年の物語。
- 歴史：温度が「感覚」から「数値」へ（Bigotti 2018；Fahrenheit 1724；Velmre 2007；Callendar 1887；Becker 1946；Kim 2011）
- 電子皮膚：皮膚のように、温度や圧力などを同時に感じる（伸び縮みする「皮膚のような」センサ網 — 参考図（Hua et al., Nature Communications 2018 をもとに作図））
- ロボット：ロボットも触れて金属と木を見分ける（熱の逃げ方で材質を識別（Bhattacharjee ら 2015））
- インタラクション：指が残す熱の跡がタッチ操作に（HeatWave（CHI 2011）；Thermal Touch（ISMAR 2014））
- 温度を測るのは、温度計だけじゃない。
冷温を届ける：触れて、または離れて
いちばん多いのは肌に当てる「ペルチェ素子」（電気を流すと片面が熱く、片面が冷たくなる板）。ほかに水・風・光・ミスト・超音波、さらには唐辛子成分や錯覚を使う方法も。速さ・距離・安全性にそれぞれ一長一短があります。
- 冷温を届ける。 — 熱の運び方：触れて、風で、光で、蒸発で。
- 2つの道：肌に触れて、または離れて
- 伝導：1つ目：肌に触れて伝える（Ino ら 1993；Hayakawa ら 2015；Kim ら 2020）
- ペルチェ：最も多い伝導素子：電気で片面が熱く、片面が冷たい（温度ディスプレイの古典的課題（Jones & Ho 2008））
- 伝導 · 例：柔らかいグローブ：0.5秒で10 °C冷える（VRで物に触れたとき冷温を提示 — 参考図（Kim et al., Scientific Reports 2020 をもとに作図））
- 対流：2つ目：風で伝える（Ranasinghe ら 2017；Xu ら 2022；Akimoto ら 2025）
- 放射：3つ目：光で離れて伝える（Saga ら 2015；Iwai ら 2019；Xu ら 2023）
- 蒸発：4つ目：蒸発で熱を奪う（Nakajima ら 2021；Xu ら 2026）
- 蒸発 · 例：超音波でミストを手のひらの一点へ、蒸発で冷やす（触れずに点状の冷感 — 参考図（Nakajima et al., IEEE ToH 2021 をもとに作図））
- 化学：番外：化学物質で温度スイッチをだます（Lu ら 2021（UIST）；Hamazaki ら 2022）
- 課題：なぜ冷温は遅れるのか？（皮膚も装置も熱をためる：加熱は速く冷却は遅く、熱が残る（Jones & Ho 2008））
- 高速化 1 · 知覚：冷温を小さく分けると、速く感じる（Zhang ら 2026（UIST, TherMosaic）；Sato ら 2013）
- 高速化 2 · 組み合わせ：光で温め、ミストで冷やす（Xu ら 2024（MoHeat）；Xu ら 2026（ChillFactor、MoHeat Evo）；Ichihashi ら 2024（UIST））
- 高速化 2 · 私たちの研究：冷風と短い光：冷たさが続き、冷えが残らない（同じ皮膚への非接触の冷感 — 参考図（Xu et al., IEEE ToH 2023 をもとに作図））
- 高速化 3 · ハード：冷と温を用意して、裏返して切替（Kang ら 2024（UIST, Flip-Pelt）；Ichihashi ら 2021（赤外線＋シャッター）；Hayakawa ら 2015（冷温水の切替））
- 比較：完璧な方法はない、合う方法がある
- 冷温はデザインできる。
温度はどこで使える？
ゲームや音楽から病院、ロボットまで。多くはまだ研究段階で、臨床研究や長期研究があるものは一部です。証拠の強さも示しています。
- 温度はどこで使える？ — エンタメ・感情・医療・ロボット……そして証拠の強さ。
- 10の分野：資料集の応用研究（数字は本資料集の収録数）
- ロボット：柔らかく温かいロボットのハグは好まれる（ロボットに柔らかい服とヒーター — 参考図（Block & Kuchenbecker, Int. J. Social Robotics 2019 をもとに作図））
- 証拠を見よう：「温かい飲み物を持つと親切になる」？ 大規模な追試では再現されなかった。（Williams & Bargh 2008；Lynott ら 2014；Chabris ら 2019）
- 成熟度：多くはまだ研究段階、一部は臨床へ
- 温度の応用は、まだ始まったばかり。
次はあなたの番
分野で繰り返し出てくる難題であり、新しい研究のチャンスです。
温度計から、いま熱い研究へ
資料集の576本を年ごとに並べると、2000年代は年に約5本、2023年以降は年に約47本。研究の重心も「皮膚はどう感じるか」から「冷温を装置や応用にどう組み込むか」へ移っています。
- 温度研究の300年。 — 資料集の 576 本を年ごとに並べて、何が研究されてきたかを見る。
- 年ごとの研究：この10年で研究が急増（2000年代は年に約5本、2023年以降は年に約47本（本資料集））
- 4つの時代：皮膚を知ることから、離れて冷温を届けることへ
- 重心の移動：研究の重心は知覚から装置と応用へ
- キーワードのつながり：VR・ウェアラブル・クロスモーダルが中心に（タイトル・キーワード・要旨から26のテーマを抽出し、同じ論文に出たテーマ同士を線で結んだ）
- 注目の分野：非接触・錯覚・応用の研究が増えている
- データの注意：集めた576本で、すべてではない。 新しい論文ほど見つけやすく、2026年はまだ途中。
- 温度研究は、いま熱い。
もっと深く読みたい人へ
誰でも読める一般書から研究者向けの教科書まで50冊を収録。書誌情報は AI の支援で図書目録と照合しました。
研究でよく使う測温ツールと温度刺激装置、そして市販の冷温製品、計32種を用途別にまとめました。