對(duì)于AR/VR元宇宙，觸覺(jué)反饋是行業(yè)正在積極解決的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。日前，由香港城市大學(xué)領(lǐng)銜的合作研究團(tuán)隊(duì)介紹了一款創(chuàng)新的可穿戴觸覺(jué)渲染系統(tǒng)。據(jù)悉，所述解決方案可以模擬具有高空間分辨率和快速響應(yīng)率的觸覺(jué)反饋。
團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究在可以應(yīng)用于一系列的用例，包括盲文顯示屏，虛擬現(xiàn)實(shí)購(gòu)物和游戲，以及宇航員、深海潛水員和其他需要戴厚手套的人員。
研究人員指出，盡管我們可以通過(guò)電話和攝像頭遠(yuǎn)距離聽(tīng)到和看到我們的家人，但我們依然無(wú)法感受或擁抱他們?？臻g和時(shí)間隔開(kāi)了我們，特別是在這場(chǎng)漫長(zhǎng)的疫情期間。當(dāng)然，業(yè)界在開(kāi)發(fā)能夠以高分辨率和高靈敏度數(shù)字化捕捉觸覺(jué)特征的傳感器方面取得了巨大進(jìn)展。然而，目前我們?nèi)狈σ粋€(gè)能夠有效虛擬化觸覺(jué)、并能夠在空間和時(shí)間方面記錄和回放觸覺(jué)的系統(tǒng)。
所以，香港城市大學(xué)與騰訊機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合作，共同開(kāi)發(fā)了一種可以模擬具有高空間分辨率和快速響應(yīng)率的觸覺(jué)反饋的新型觸覺(jué)渲染系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)的局限性
現(xiàn)有的觸覺(jué)刺激再現(xiàn)技術(shù)可大致分為兩類(lèi)：機(jī)械刺激和電刺激。
通過(guò)在皮膚施加局部機(jī)械力或振動(dòng)，機(jī)械致動(dòng)器可以產(chǎn)生穩(wěn)定和連續(xù)的觸覺(jué)。但當(dāng)集成到便攜式或可穿戴設(shè)備中時(shí)，它們往往體積龐大，限制了空間分辨率。
對(duì)于電觸覺(jué)刺激器，局部電流通過(guò)皮膚，并在電極位置喚起皮膚中的觸覺(jué)。它可以輕巧靈活，同時(shí)提供更快的響應(yīng)。但大多數(shù)人依靠高壓直流脈沖（高達(dá)數(shù)百伏）穿透皮膚最外層的角質(zhì)層，然后刺激受體和神經(jīng)。所以，這引起了安全問(wèn)題。另外，電刺激的觸覺(jué)渲染分辨率需要提高。
香港城市大學(xué)和騰訊團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新型電觸覺(jué)致動(dòng)器非常薄且靈活，可以輕松集成到指套中。這種指尖可穿戴設(shè)備可以高保真地顯示不同的觸覺(jué)，例如壓力、振動(dòng)和紋理粗糙度。另外，團(tuán)隊(duì)沒(méi)有使用直流脈沖，而是開(kāi)發(fā)了一種高頻交變刺激策略，并成功地將工作電壓降低到了30 V以下，從而確保了觸覺(jué)渲染的安全性和舒適性。
他們同時(shí)提出了一種全新的超分辨率策略，在物理電極之間的位置而不是僅在電極位置呈現(xiàn)觸覺(jué)反饋。據(jù)悉，這將刺激器的空間分辨率提高了三倍以上（從25點(diǎn)提高到105點(diǎn)），所以用戶可以感覺(jué)到更真實(shí)的觸覺(jué)。
具有高空間分辨率的觸覺(jué)刺激
研究人員指出，電極可高度靈活且可擴(kuò)展，而新系統(tǒng)可以以高空間分辨率（76點(diǎn)/平方厘米）（類(lèi)似于人體皮膚中相關(guān)受體的密度）和快速響應(yīng)率（4千赫）激發(fā)觸覺(jué)刺激。
團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了不同的測(cè)試，目標(biāo)是展示這種新型可穿戴電觸覺(jué)渲染系統(tǒng)的各種應(yīng)用可能性，例如VR/AR應(yīng)用和游戲，為元宇宙增加觸覺(jué)反饋。
實(shí)驗(yàn)證明，用戶可以在虛擬時(shí)裝店中感知衣服的質(zhì)地。另外，當(dāng)被VR貓咪舌舔時(shí)，用戶會(huì)感到指尖發(fā)癢，而當(dāng)擼貓時(shí)，用戶可以感覺(jué)到隨著撫摸方向和速度改變的貓毛粗糙度變化。
這個(gè)系統(tǒng)同時(shí)可用于通過(guò)手套傳輸精細(xì)的觸覺(jué)細(xì)節(jié)。其中，團(tuán)隊(duì)成功地將電觸覺(jué)渲染系統(tǒng)的薄而輕的電極集成到手套的柔性觸覺(jué)傳感器中。觸覺(jué)傳感器陣列捕捉手套外部上的壓力分布，并通過(guò)觸覺(jué)刺激將信息實(shí)時(shí)傳遞給用戶。
在實(shí)驗(yàn)中，用戶可以根據(jù)手套與傳感器和刺激器的觸覺(jué)反饋，快速準(zhǔn)確地定位一個(gè)半徑僅為1 mm、厚度僅為0.44 mm的微型鋼墊圈。這顯示了系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)高保真觸覺(jué)方面的潛力。
研究人員指出：“我們希望我們的技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用，如信息傳輸、外科培訓(xùn)、遠(yuǎn)程手術(shù)和多媒體娛樂(lè)等等?！?/p>
