无线超薄皮肤VR在虚拟世界中提供生动个性化的触摸体验

通过触感增强虚拟体验已成为热门话题，但当今的触觉设备通常体积庞大且缠绕着电线。香港城市大学(CityU)研究人员领导的团队最近开发了一种名为WeTac的先进无线触觉界面系统，佩戴在手上，具有柔软、超薄的柔软特性，并收集个性化的触觉数据，提供生动的触感元宇宙中的体验。

该系统在游戏、运动和技能训练、社交活动和远程机器人控制方面具有应用潜力。“在虚拟现实(VR)中，触摸反馈以及视觉和听觉信息具有巨大的潜力，因此我们一直在努力使触觉界面更薄、更柔软、更紧凑和无线，以便可以在手上自由使用，就像第二层皮肤一样，”领导这项研究的城大生物医学工程系副教授于新格博士说。

与机械工程系(MNE)讲座教授李文军教授、生物医学工程系(BME)副教授王立岱博士及其他合作者一起，于博士的团队开发了WeTac，这是一种超灵活、无线、集成皮肤VR系统。研究结果发表在NatureMachineIntelligence上。

由香港城市大学的研究人员和合作者领导的团队开发的超薄无线“SkinVR”可在虚拟世界中提供生动且“个性化”的触摸体验。图片来源：YuXinge博士的研究小组/香港城市大学

重量轻、无线、可穿戴的手贴代替笨重的手套

现有的触觉手套主要依靠笨重的泵和风管，通过一堆电线和电缆来供电和控制，这严重阻碍了VR和增强现实(AR)用户的沉浸式体验。新开发的WeTac以其柔软、超薄、集成皮肤的无线电触觉系统克服了这些缺点。

该系统包括两部分：一个微型软驱动单元，作为控制面板连接到前臂，以及作为触觉界面的水凝胶电极手贴片。

整个驱动器单元仅重19.2克，体积小巧(5厘米x5厘米x2.1毫米)，足以安装在手臂上。它使用低功耗蓝牙(BLE)无线通信和小型可充电锂离子电池。手部贴片只有220µm到1mm厚，手掌上有电极。它表现出极大的灵活性，并保证各种姿势和手势的有效反馈。

无线皮肤集成电触觉系统包括两部分：连接到前臂的软驱动器单元(右)和手贴片(左)。图片来源：YuXinge博士的研究小组/香港城市大学

高像素密度设备提供个性化体验

“电触觉刺激是为用户提供有效虚拟触觉的好方法，”Yu博士解释说。“然而，由于个体的敏感度不同，相同的反馈强度在不同用户手中的感受可能会有所不同。因此我们需要相应地定制反馈参数，为所有用户提供一个通用工具，以消除当前触觉技术的另一个主要瓶颈”

WeTac的超软特性允许为个人用户轻松映射阈值电流，以确定手的每个部位的优化参数。基于个性化的阈值数据，电触觉反馈可以在适当的强度范围内按需传递到手的任何部位，以避免引起疼痛或太弱而无法感觉到。通过这种方式，可以在整只手上忠实地再现虚拟触觉信息，包括空间和时间序列。

用户通过集成皮肤的无线电触觉系统WeTac在VR中触摸虚拟网球。图片来源：YuXinge博士的研究小组/香港城市大学

WeTac贴片戴在手上以提供可编程的时空反馈模式，手掌上有32个电触觉刺激像素，而不仅仅是指尖。电极之间的平均中心距约为13毫米，可广泛覆盖整只手。

该设备内置多项安全措施以保护用户免受电击，并且设备温度保持在27至35.5°C的相对较低范围内，以避免在连续操作过程中引起任何热不适。

广泛的潜在应用

WeTac已成功融入VR和AR场景，通过BLE通信与机械手同步。凭借微型尺寸、可穿戴和无线格式以及以灵敏度为导向的反馈策略，WeTac使手中的触觉反馈更加容易和用户友好。用户可以在不同的场景中感受到虚拟物体，比如在运动训练中抓住网球，触摸仙人掌，或者在社交活动、虚拟游戏中感受鼠标在手上奔跑等。

“我们相信这是提供虚拟触摸的强大工具，对元宇宙、人机界面(HMI)和其他领域的发展具有启发意义，”于博士说。

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