新型手套式可穿戴设备能够模拟触觉,视频通话中也能触及对方

如果可以在视频通话中触碰亲人会是什么样的感受?尤其是在今天这个因疫情使得社交距离变遥远的时代。这听起来或许很不可思议,但现在这项“神奇”的技术可能会在几年内成为现实。

文︱CAROLINE TANG

来源︱University of New South Wales

编译︱方雯

新南威尔士大学(UNSW)的工程师们开发出了一种新的触觉设备,可以重现触觉。触觉技术是通过刺激皮肤的局部区域,通过力、振动或运动来模仿触摸的体验,就像在真实世界中所能感受到的。

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Thanh Nho Do博士是新南威尔士大学医学机器人实验室主任,也是这项新设备研究的资深作者。他的研究小组的成员包括首席作者兼博士候选人Mai Thanh Thai、Phuoc Thien Phan、Trung Thien Hoang和合作者生物医学工程研究生院院长、科学家Nigel Lovell教授。

Do博士说,许多人认为触觉在日常工作中是理所当然的。

“当我们用手做事时,比如拿着手机或在键盘上打字,如果没有触觉,所有这些动作是无法进行的。”

“人类的手拥有高密度的触觉感受器,通过触觉刺激来编码信息是一个既有趣又具有挑战性的领域,因为我们每天都在用手来感知大多数物体。”

“在很多情况下,触觉虽有用但无法感知的。例如,在远程医疗咨询中,医生无法对病人进行身体检查。所以,我们的目标就是解决这个问题。”

图片:UNSW Engineering

新南威尔士大学工程学研究人员开发了一种新的柔软皮肤拉伸装置(SSD),该装置可以集成到织物中,例如图中所示的手指手套,与风格化的机械手形成对比。

Do博士说,研究人员对这项新触觉技术感到兴奋,并且申请了专利。

“我们的三方定向皮肤拉伸设备(SSD)内置在可穿戴触觉手套的指尖上,就像戴了第二层皮肤,它柔软、可拉伸并且可以模仿触觉,使新形式的触觉交流得以实现,增强日常活动。”

“我们新技术的特别之处在于它是可扩展的,可以集成到纺织品中,可用于各种潜在的应用,如远程医疗、医疗设备、外科机器人和训练、VR、远程操作和工业设置。”

“这款设备旨在解决新兴系统中的一个常见问题,比如在辅助设备、远程手术、自动驾驶汽车和运动指导这些系统中,视觉或听觉反馈可能会很慢且不直观,增加了认知负担。”

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为什么触觉技术需要改进

这项研究的主要作者Mai Thanh Thai表示,现有技术很难在虚拟环境或远程环境中重现物体的触感。视觉或听觉很容易复制,但触觉线很难。在虚拟环境中,我们可以看到物体,但无法像直接用手触摸一样感觉它们。使用触觉界面,比如市面上的智能眼镜,让用户感知到电脑或智能手机中发生的事情几乎是不可能实现的。

振动是当下最常见的触觉技术,已内置在许多电子设备中,例如连接到笔记本电脑触控板背面的Taptic引擎,可以模拟点击按钮。

“但是,当用户持续使用或在运动中使用时,振动的触觉反馈会变得不那么敏感,从而导致设备灵敏度降低和功能受损。”Mai Thanh Thai说道。

新型柔软皮肤拉伸装置(SSD)的工作原理

图片:UNSW Engineering

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新型触觉设备是如何工作的

Do博士说:“这项新技术引入了一种新颖的方法,通过柔软的微型人造‘肌肉’重现有效的触觉,它克服了现有触觉设备中存在的问题。我们柔软、可穿戴的触觉手套使人们能够以一种更逼真的沉浸式方式来感受虚拟或遥远的物体。嵌入的柔软人造肌肉通过柔软的触觉器向使用者的指尖产生足够的法向力和剪切力,能够有效地再现触觉。”

想象你在澳大利亚,而你的朋友在美国,你们同时在戴上带有集成三方定向SSD的触觉手套。当你的朋友捡起一个物体时,这个物体就会有力作用在你朋友的手指上,而手套上的3D力传感器就会测量这些相互作用。如果这些3D力信号被发送到你的触觉手套上,那么集成的三方定向SSD将在你的指尖产生这些精确的3D力,让你能体验到和你的朋友一样的触感。”

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新技术带来的影响

Do博士说,通过新型可穿戴触觉设备能有效再现触觉,这项能力将带来很多的好处。例如,在当下疫情期间,人们大多依靠视频电话与亲人保持联系。

“与现有的触觉设备不同,我们的设备是柔软的、轻巧纤薄。因此,我们希望能够将它集成到所穿的衣服中,以便在康复、教育、训练和娱乐等场合提供更真实的触觉体验。”

“我们的技术可以让用户在虚拟世界或远处感受到物体。例如,科学家不用离开实验室就能感觉到来自另一个星球的虚拟岩石,或者外科医生不用直接接触病人的器官组织就能通过手术工具感受到。”

Do博士估计,如果该设备的商业化计划能够实现,这项新技术将在未来18个月到3年内投入使用。

他说:“下一步是进行用户评估,以验证我们设备的有效性,因为我们目前研究的主要范围是在新技术的设计、制造和特性上。”

“此外,我们计划将该设备应用于各种触觉应用,如触觉运动引导、触觉文本语言,为老年人和低视力者提供导航帮助以及用于外科机器人、假体和VR的3D力反馈显示。”





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