還記得《頭號(hào)玩家》中,男女主角在虛擬世界中約會(huì)的場景嗎?女主只是輕輕地?fù)崦艘幌?,男主瞬間就感到了一股“電流”觸達(dá)全身。 他已經(jīng)傻傻的分不清虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界了。 雖然電影中的VR設(shè)備已經(jīng)不再新鮮,但是這種觸覺看起來還是非??苹茫瓷先]有10年20年研究很難實(shí)現(xiàn)。 但現(xiàn)在,我們可能不必等那么久了。 來自香港城市大學(xué)&西北大學(xué)的研究者用一組皮膚貼片系統(tǒng),不僅能讓你感受到遠(yuǎn)方親人的撫摸,也能讓你撫摸到遠(yuǎn)方的親人。 當(dāng)然,VR游戲中的人和物也能感受感知到。 看到這里你是不是有啥大膽的想法了?日本有個(gè)游戲叫VR什么友? 而且這套裝置完全無需復(fù)雜的插線供電,僅需無線信號(hào)就能驅(qū)動(dòng),輻射強(qiáng)度也在美國FDA規(guī)定的范圍內(nèi),無需擔(dān)心安全問題。 這一研究也登上了最新一期的Nature。 無線供電操控,實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)觸覺反饋皮膚是一種神奇的生物系統(tǒng),表面布滿了傳感器,人類和外界的物理接觸,全靠它們了。 為了讓皮膚感受到觸覺,團(tuán)隊(duì)開發(fā)了數(shù)百個(gè)功能組件,最核心的部分是執(zhí)行器。 每個(gè)執(zhí)行器,僅重1.4克,直徑12-18毫米 (指甲大小) ,厚度2.5毫米。由兩個(gè)部分組成,一是密封在丙烯酸基料里面的銅線圈,二是安裝在聚合物上的永磁體。 當(dāng)有電流通過線圈時(shí),磁體就以和電流相同的頻率振動(dòng)起來,對(duì)皮膚上面不同的點(diǎn)施加壓力,讓不同的位置產(chǎn)生毫米級(jí)的觸覺反饋,于是皮膚便有了觸感。 在他們的研究成果中,單塊皮膚中排列32枚執(zhí)行器,而且可以分開控制,來產(chǎn)生更加精細(xì)化的觸覺反饋。 這些組件,都收納在了厚度為3毫米、由硅膠覆蓋的合成橡膠薄層中。 不僅透氣,而且也能重復(fù)使用,就算彎曲甚至扭曲也不會(huì)影響功能實(shí)現(xiàn)。 更為重要的是,這個(gè)組件中還有芯片級(jí)的集成電路和天線,使它可以無線操控和供電。 這就解決了當(dāng)前所有同類設(shè)備被電線束縛的尷尬境地。 根據(jù)論文中披露的數(shù)據(jù),無線信號(hào)的傳輸范圍是直徑一米,比之前最先進(jìn)的技術(shù)范圍擴(kuò)大了10倍。 而且,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的能量也不算高,只需1.75毫瓦的功率,就能引起明顯的振動(dòng)感覺。 而一般以直流電驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器,需要大約100毫瓦的功率,才能產(chǎn)生相同水平的振動(dòng)。 如此設(shè)備,應(yīng)用范圍也不僅僅限于VR領(lǐng)域。 在論文中,他們也對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了測試,進(jìn)一步展現(xiàn)這個(gè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可能性。 在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,是一個(gè)女孩和祖母進(jìn)行視頻通話的場景,她只需要觸摸屏幕,祖母就能夠通過手臂上的設(shè)備感知到了孫女的撫摸。 第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中,是一位下臂截肢的男人,上臂上貼上片,用一個(gè)有機(jī)械手的假肢抓住物體的時(shí)候,感受到了自己的確是在用手抓住物體。 第三個(gè)實(shí)驗(yàn)中,一個(gè)人在玩格斗游戲的時(shí)候,身上貼上片,當(dāng)自己在游戲中的角色被攻擊的時(shí)候,自己相應(yīng)的部位也能夠感同身受。 34名合作者,兩位一作來自中國這個(gè)研究一共有34名作者,橫跨機(jī)械工程、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、物理和化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。 根據(jù)EurekAlert報(bào)道,整個(gè)團(tuán)隊(duì)用了大約兩年的時(shí)間才研發(fā)出了這個(gè)裝置。 有兩個(gè)共同一作,分別是來自香港城市大學(xué)的于欣格和解兆謙。 除了香港城市大學(xué)之外,他們的研究單位還有大連理工大學(xué)和西北大學(xué)。 于欣格現(xiàn)在是香港城市大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系助理教授、博導(dǎo),2009年本科畢業(yè)于電子科技大學(xué)。 2009-2015年,在美國西北大學(xué)與電子科技大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)攻讀博士。 解兆謙,2013年從大連理工大學(xué)博士畢業(yè),之后西北大學(xué)從事博士后研究,現(xiàn)在就職于香港城市大學(xué)擔(dān)任研究員。 研究的通訊作者也有兩位,分別是西北大學(xué)的黃永剛教授和John A. Rogers教授。 其他的研究人員,分別來自于美國的伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校、賓夕法尼亞州立大學(xué)和亞利桑那大學(xué)、英國布里斯托大學(xué)、清華大學(xué)及山東大學(xué)等。 研究還在完善中首先,人類的皮膚可以探測到亞毫米級(jí)的觸摸感,但設(shè)備中的執(zhí)行器直徑12-18毫米,厚2.5毫米,相比之下還有不小差距。 他們提出了一種小型化設(shè)備的方法,經(jīng)過仿真測試后,他們認(rèn)為可以將執(zhí)行器的直徑和厚度減少十倍和三十倍。 其次,每個(gè)執(zhí)行器由一組大約為5毫安的電流驅(qū)動(dòng),比消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品高,而且沒有辦法更好散熱,也會(huì)影響性能和用戶體驗(yàn)。 最后,盡管優(yōu)化后的執(zhí)行器只需要1.75毫瓦的電力,但整體上電力消耗也很大,想要持續(xù)無線地操控這個(gè)平臺(tái),應(yīng)用到實(shí)際中還有不少困難需要克服。 不過就算存在諸多待完善的空間,但Nature上的這篇研究,也描繪出了一種新的可能性: 真正VR體驗(yàn),已經(jīng)不再只停留在斯皮爾伯格電影中了,不是嗎? 不僅僅是科幻電影,對(duì)于整個(gè)VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也會(huì)產(chǎn)生極大的影響。 至少從VR游戲的交互性上,將會(huì)上升到一個(gè)新的臺(tái)階。 |
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