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“表皮虛擬現實”為技術增添人性味

2020-02-18 17:42:10    來源:    我來說兩句()
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 想象一下,與世界另一端的親人牽手;蛘咴谠诰游戲“ Fortnite”中感到隊友的輕拍。

西北大學的研究人員開發了一種新的瘦無線系統,可以為任何虛擬現實(VR)體驗增添觸感。該平臺不僅可能為我們的長途關系和娛樂活動增加新的維度,而且該技術還可以為假肢提供感官反饋,并賦予遠程醫療以人性化的感覺。

該設備被稱為“表皮VR”系統,它通過嵌入薄,柔軟,柔性材料中的微型振動執行器的快速可編程陣列來傳遞觸摸。15厘米x 15厘米的片狀原型可以舒適地層壓在皮膚的曲面上,而無需笨重的電池和笨拙的電線。

“人們過去曾考慮過這種總體概念,但沒有為具有正確特性或適當可擴展形式的現實技術提供清晰的基礎。過去的設計涉及手動組裝執行器,電線,電池以及內部和外部控制的組合硬件。”生物電子領域的先驅Northwestern的John A. Rogers說。“我們利用在可伸縮電子產品和無線電源傳輸方面的知識,將先進的架構(設計為與皮膚連接的可穿戴設備)組合在一起,從而收集了包括微型執行器在內的大量組件,而用戶幾乎沒有負擔。我們感到這是一個很好的起點,可以自然地擴展到全身系統以及成百上千的離散可編程致動器。”

“我們正在擴大虛擬現實和增強現實的界限和功能,”西北研究的黃永剛說,他與羅杰斯共同領導了這項研究。“與眼睛和耳朵相比,皮膚是一種相對未開發的感覺界面,可以顯著增強體驗。”

這項研究將于11月21日發表在《自然》雜志上。

羅杰斯是西北麥考密克工程學院的材料科學與生物醫學工程學的路易斯·辛普森教授和金伯利·奎里教授,費恩伯格醫學院的神經外科教授以及生物集成電子中心主任。

Huang是McCormick的Walter P. Murphy土木與環境工程教授和機械工程教授。

于心革,該論文的第一作者,曾是羅杰斯實驗室的前博士后研究員,現為香港城市大學的助理教授。

怎么運行的

羅杰斯和黃的最先進的設備結合了32個分布式可編程毫米級執行器的分布式陣列,每個執行器在皮膚上的相應位置產生離散的觸感。每個執行器都以每秒200個循環的速度產生最強烈的共振,此時皮膚表現出最大的靈敏度。

羅杰斯說:“我們可以通過圖形用戶界面快速,即時地調整每個執行器的頻率和幅度。” “我們量身定制了設計,以最大程度地感知傳遞到皮膚的振動力的感覺。”

該補丁無線連接到觸摸屏界面(在智能手機或平板電腦上)。當用戶觸摸觸摸屏時,該觸摸模式會傳輸到補丁。例如,如果用戶在觸摸屏上繪制“ X”圖案,則設備通過與皮膚的振動界面同時且實時地以“ X”的形狀產生感覺圖案。

當從不同位置進行視頻聊天時,朋友和家人可以互相接觸并進行虛擬觸摸-時延可以忽略不計,并且可以通過觸摸屏界面控制壓力和模式。

Huang說:“您可以想象,在可預見的將來與家人進行視頻通話時,感知虛擬觸摸可能會變得無處不在。”

促動器嵌入固有的柔軟且略帶粘性的有機硅聚合物中,而無需膠帶或皮帶即可粘附在皮膚上。該設備無需無線和電池,可通過近場通信(NFC)協議進行通信,該協議與智能手機中用于電子支付的技術相同。

羅杰斯說:“采用這種無線供電方案,我們完全不需要電池,因為它們的重量,尺寸,體積和有限的使用壽命。” “結果是一個薄而輕的系統,可以無限期地磨損和使用。”

資深人士描述了感覺反饋的重要性

每個人都可以想象如何將這種技術與VR頭戴式耳機結合使用,以創造更多的交互性和身臨其境的游戲或娛樂體驗。但是對于美國陸軍老兵加勒特·安德森(Garrett Anderson)來說,表皮VR可能為現實生活中的問題提供急需的解決方案。

2005年10月15日凌晨4點,安德森在伊拉克戰爭中遭到伏擊,右手失去了肘部。

“一枚炸彈在我的卡車下爆炸,”安德森說。“它把整個發動機從汽車上吹了下來。然后彈片穿過汽車,切斷了我的手臂,手臂被肌腱掛住了。”

安德森(Anderson)最近嘗試將西北航空公司的系統與他的假肢整合在一起。當安德森將貼片戴在上臂上時,他的假肢指尖傳遞到他的手臂時會感覺到不適。振動的強度或多或少取決于他的握力。

“說我要抓雞蛋或易碎的東西,”安德森說,他現在是伊利諾伊大學Chez Veterans Center的外展協調員。“如果我不能調節抓地力,那我可能會壓碎雞蛋。我需要知道我正在施加的抓地力,這樣我才不會傷到任何東西或某人。”

``我的右臂從來沒有感覺到它們''

當截肢者使用該設備時,體驗將變得更加無縫。

羅杰斯解釋說:“用戶可以通過上臂的感官輸入來感知假肢指尖的觸摸能力。” “隨著時間的流逝,您的大腦可以將手臂上的感覺轉換為指尖上的替代感覺。它增加了一個感官通道,可以重現觸摸感。”

安德森(Anderson)認為,該設備可能以減輕幻像疼痛的方式“欺騙”他的大腦。他還認為這可以使他以新的方式與孩子互動。

他說:“十五年前,我失去了手臂。” “我的孩子分別是13歲和10歲,所以我從來沒有用右臂感覺到他們。我不知道當他們抓住我的右手時會是什么樣。”

“起點”

Rogers將當前設備視為起點。他說:“這是我們對這種系統的首次嘗試。” “除了在游戲和娛樂方面的明顯機會之外,它對于我們今天無法想象的社交互動,臨床醫學和應用來說可能非常強大。”

他和黃先生已經在努力使當前設備更薄更輕。他們還計劃開發不同類型的執行器,包括那些可能產生發熱和拉伸感的執行器。例如,在使用熱輸入的情況下,一個人也許可以通過假肢指尖來感覺一杯咖啡有多熱。

美國西北航空隊認為,整個工程框架可以容納數百個執行器,其尺寸明顯小于目前使用的執行器,直徑為18毫米,厚度為2.5毫米。

最終,這些設備可能會很薄且柔韌性足以編織成衣服。具有假肢的人可以穿著VR襯衫,通過指尖傳達觸摸感。連同VR頭盔一起,游戲者可以穿著全套VR服,完全沉浸在夢幻般的風景中。

羅杰斯說:“虛擬現實是技術中非常重要的新興領域。” “目前,我們只是以眼睛和耳朵作為體驗的基礎。該社區開發人體最大器官-皮膚的步伐相對較慢。我們的觸覺提供了兩人之間最深刻,最深層次的情感聯系。人。”

這項研究“用于虛擬現實和增強現實的皮膚集成無線觸覺界面”主要由生物集成電子中心提供資金,該中心是奎里·辛普森生物電子研究所的一部分,由西北大學的受托人路易斯·A得以實現。辛普森('96 P)和金伯利·奎里('20 P)。


 
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