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在虚拟世界感受触觉:新研究登上Nature,《头号玩家》场景实现且不用插电

发表时间:2019-11-22 12:24:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【

还记得《头号玩家》中,男女主角在虚拟世界中约会的场景吗?


女主只是轻轻地抚摸了一下,男主瞬间就感到了一股“电流”触达全身。


他已经傻傻的分不清虚拟世界与现实世界了。



虽然电影中的VR设备已经不再新鲜,但是这种触觉看起来还是非常科幻,看上去没有10年20年研究很难实现。


但现在,我们可能不必等那么久了。


来自香港城市大学&西北大学的研究者用一组皮肤贴片系统,不仅能让你感受到远方亲人的抚摸,也能让你抚摸到远方的亲人。



当然,VR游戏中的人和物也能感受感知到。


看到这里你是不是有啥大胆的想法了?日本有个游戏叫VR什么友?


而且这套装置完全无需复杂的插线供电,仅需无线信号就能驱动,辐射强度也在美国FDA规定的范围内,无需担心安全问题。


这一研究也登上了最新一期的Nature。

无线供电操控,实现毫米级触觉反馈



皮肤是一种神奇的生物系统,表面布满了传感器,人类和外界的物理接触,全靠它们了。


为了让皮肤感受到触觉,团队开发了数百个功能组件,最核心的部分是执行器。


每个执行器,仅重1.4克,直径12-18毫米 (指甲大小) ,厚度2.5毫米。由两个部分组成,一是密封在丙烯酸基料里面的铜线圈,二是安装在聚合物上的永磁体。


当有电流通过线圈时,磁体就以和电流相同的频率振动起来,对皮肤上面不同的点施加压力,让不同的位置产生毫米级的触觉反馈,于是皮肤便有了触感。



在他们的研究成果中,单块皮肤中排列32枚执行器,而且可以分开控制,来产生更加精细化的触觉反馈。


这些组件,都收纳在了厚度为3毫米、由硅胶覆盖的合成橡胶薄层中。



不仅透气,而且也能重复使用,就算弯曲甚至扭曲也不会影响功能实现。


更为重要的是,这个组件中还有芯片级的集成电路和天线,使它可以无线操控和供电。


这就解决了当前所有同类设备被电线束缚的尴尬境地。


根据论文中披露的数据,无线信号的传输范围是直径一米,比之前最先进的技术范围扩大了10倍。


而且,驱动执行器的能量也不算高,只需1.75毫瓦的功率,就能引起明显的振动感觉。


而一般以直流电驱动的执行器,需要大约100毫瓦的功率,才能产生相同水平的振动。


如此设备,应用范围也不仅仅限于VR领域。


在论文中,他们也对这个系统进行了测试,进一步展现这个技术在实际应用中的可能性。


在第一个实验中,是一个女孩和祖母进行视频通话的场景,她只需要触摸屏幕,祖母就能够通过手臂上的设备感知到了孙女的抚摸。



第二个实验中,是一位下臂截肢的男人,上臂上贴上片,用一个有机械手的假肢抓住物体的时候,感受到了自己的确是在用手抓住物体。



第三个实验中,一个人在玩格斗游戏的时候,身上贴上片,当自己在游戏中的角色被攻击的时候,自己相应的部位也能够感同身受。


34名合作者,两位一作来自中国


这个研究一共有34名作者,横跨机械工程、材料科学、生物医学、物理和化学等多个领域。



根据EurekAlert报道,整个团队用了大约两年的时间才研发出了这个装置。


有两个共同一作,分别是来自香港城市大学的于欣格和解兆谦。


除了香港城市大学之外,他们的研究单位还有大连理工大学和西北大学。


于欣格现在是香港城市大学生物医学工程系助理教授、博导,2009年本科毕业于电子科技大学。


2009-2015年,在美国西北大学与电子科技大学联合培养攻读博士。


解兆谦,2013年从大连理工大学博士毕业,之后西北大学从事博士后研究,现在就职于香港城市大学担任研究员。



研究的通讯作者也有两位,分别是西北大学的黄永刚教授和John A. Rogers教授。


其他的研究人员,分别来自于美国的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、宾夕法尼亚州立大学和亚利桑那大学、英国布里斯托大学、清华大学及山东大学等。

研究还在完善中


首先,人类的皮肤可以探测到亚毫米级的触摸感,但设备中的执行器直径12-18毫米,厚2.5毫米,相比之下还有不小差距。


他们提出了一种小型化设备的方法,经过仿真测试后,他们认为可以将执行器的直径和厚度减少十倍和三十倍。


其次,每个执行器由一组大约为5毫安的电流驱动,比消费级电子产品高,而且没有办法更好散热,也会影响性能和用户体验。


最后,尽管优化后的执行器只需要1.75毫瓦的电力,但整体上电力消耗也很大,想要持续无线地操控这个平台,应用到实际中还有不少困难需要克服。


不过就算存在诸多待完善的空间,但Nature上的这篇研究,也描绘出了一种新的可能性:

真正VR体验,已经不再只停留在斯皮尔伯格电影中了,不是吗?


不仅仅是科幻电影,对于整个VR产业的发展,也会产生极大的影响。


至少从VR游戏的交互性上,将会上升到一个新的台阶。


说到这里,真的不得不提隔壁岛国的那些VR游戏,加入了这一技术,那还了得?你怎么看?


论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1687-0


参考链接:

https://www.eurekalert.org/pub_releases_ml/2019-11/cuoh-5112019.php

https://www.nature.com/articles/d41586-019-03506-3


该文章内容转载自 量子位。

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责任编辑:蔡学森