一种高分辨率可穿戴的电触觉渲染设备可虚拟化触觉

由香港城市大学(城大)牵头的合作研究团队开发了一种可穿戴的触觉渲染系统，该系统可以模仿触觉，具有高空间分辨率和快速响应速度。

该团队展示了其在盲文显示器中的应用潜力，为虚拟现实购物和游戏等功能增加了虚拟世界的触觉，并可能促进宇航员、深海潜水员和其他需要戴厚手套的人的工作。

“我们可以通过电话和摄像头远距离听到和看到我们的家人，但我们仍然无法感受或拥抱他们。我们被空间和时间所隔离，尤其是在这场长期的大流行中，”杨正宝博士说，城大机械工程学系副教授，共同领导该研究。

“虽然在开发以数字方式捕捉高分辨率和高灵敏度触觉特征的传感器方面取得了很大进展，但我们仍然缺乏一个能够有效虚拟化触觉的系统，该系统可以在空间和时间上记录和回放触觉感觉。”

该团队与中国科技巨头腾讯机器人X实验室合作，开发了一种新颖的电触觉渲染系统，用于以高空间分辨率和快速响应速度显示各种触觉。他们的发现发表在科学杂志《科学进展》上。

现有技术的局限性

再现触觉刺激的现有技术可大致分为两类：机械刺激和电刺激。通过在皮肤上施加局部机械力或振动，机械致动器可以引发稳定和连续的触觉感觉。然而，它们往往体积庞大，在集成到便携式或可穿戴设备时限制了空间分辨率。

相比之下，电触觉刺激器通过使局部电流通过皮肤而在电极位置处引起皮肤中的触感，它既轻便又灵活，同时提供更高的分辨率和更快的响应。但它们中的大多数依靠高压直流(DC)脉冲(高达数百伏)来穿透皮肤最外层的角质层，以刺激感受器和神经，这带来了安全隐患。此外，需要提高触觉渲染分辨率。

该团队开发的最新电触觉致动器非常薄且灵活，可以轻松集成到手指套中。这种指尖可穿戴设备可以高保真地显示不同的触感，例如压力、振动和纹理粗糙度。该团队不使用直流脉冲，而是开发了一种高频交流刺激策略，并成功地将工作电压降低到30V以下，确保触觉渲染安全舒适。

他们还提出了一种新颖的超分辨率策略，可以在物理电极之间的位置呈现触觉，而不仅仅是在电极位置。这将他们的刺激器的空间分辨率提高了三倍以上(从25到105点)，因此用户可以感受到更逼真的触觉感知。

具有高空间分辨率的触觉刺激

“我们的新系统可以引发触觉刺激，同时具有高空间分辨率(76点/cm2)，类似于人体皮肤中相关受体的密度，以及快速响应速度(4kHz)，”林伟康先生说，博士CityU的学生，他制造并测试了该设备。

该团队进行了不同的测试，以展示这种新型可穿戴电触觉渲染系统的各种应用可能性。例如，他们提出了一种新的盲文策略，让视力受损的人更容易学习。

所提出的策略将字母和数字分解为单独的笔画，并以与书写方式相同的方式排列。通过将新的电触觉渲染系统戴在指尖上，用户可以通过使用指尖传感器感知笔画的方向和顺序来识别所呈现的字母。

“这对于晚年失明的人特别有用，让他们能够继续使用他们习惯的相同字母系统进行读写，而无需学习整个盲文点系统，”博士说。杨。

在元节中启用触摸

其次，新系统非常适合VR/AR应用和游戏，为虚拟世界增添了触觉。电极可以制成高度灵活和可扩展的，以覆盖更大的区域，例如手掌。该团队展示了用户可以在虚拟时装店中虚拟感知衣服的质地。当被虚拟现实猫舔时，用户还会体验到指尖发痒的感觉。当抚摸虚拟猫的皮毛时，用户可以感觉到随着笔划方向和速度的变化而粗糙度的变化。

该系统还可用于通过厚手套传输精细的触觉细节。该团队成功地将电触觉渲染系统的薄而轻的电极集成到安全手套上的柔性触觉传感器中。触觉传感器阵列捕捉手套外部的压力分布，并通过触觉刺激将信息实时传递给用户。

在实验中，用户可以根据手套与传感器和刺激器的触觉反馈，快速准确地定位一个半径仅为1毫米、厚0.44毫米的微型钢垫圈。这显示了该系统在实现高保真触觉感知方面的潜力，目前宇航员、消防员、深海潜水员和其他需要穿厚防护服或手套的人无法获得这种感知。

“我们希望我们的技术能够使广泛的应用受益，例如信息传输、手术培训、远程操作和多媒体娱乐，”杨博士补充道。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！