触觉手套可以添加虚拟触觉

共同合作研究团队由香港城市大学(城大)开发了一种可穿戴的触觉渲染系统,它可以模仿的感觉联系高空间分辨率和快速反应的速度。团队展示其应用潜力的盲文显示、添加metaverse的触觉功能,如虚拟现实购物和游戏,并有可能促进工作的宇航员,深海潜水员和其他需要穿厚厚的手套。

“我们可以听到和看到我们的家庭在异地通过手机和相机,但是我们仍然不能感觉或拥抱他们。我们被时间和空间物理隔离,尤其是在这长期的大流行,”杨Zhengbao博士说,机械工程系副教授使用证的,该研究。“虽然已经有很大的进步在发展中传感器,数字与高分辨率和高灵敏度捕获触觉特性,我们仍然缺乏一个系统,可以有效地虚拟化可以记录和回放的触觉触觉在空间和时间。”

与中国科技巨头腾讯的合作机器人X实验室,研究小组开发了一种新型电触觉渲染系统用于显示各种触觉与高空间分辨率和快速反应的速度。他们的发现发表在《科学》杂志上科学的进步标题下“超分辨率可穿戴Electro-tactile渲染系统”。

在现有技术的局限性

现有技术复制触觉刺激可以大致分为两类:机械和电刺激。通过应用皮肤局部的机械力或振动,机械执行机构可以引起稳定和连续的触觉。然而,他们往往是笨重的,限制了空间分辨率当集成到便携式或可穿戴设备。电触觉刺激器,相比之下,唤起触摸感觉皮肤在电极的位置通过当地电流虽然皮肤,可以光和灵活的同时提供更高的分辨率和更快的响应。但大多数人依靠高压直流(DC)脉冲(高达数百伏)穿透角质层,最外层的皮肤,刺激受体和神经,构成安全问题。此外,触觉渲染分辨率需要改善。

最新electro-tactile致动器开发的团队非常薄,灵活,可以很容易地集成到一个指套。这个指尖可穿戴设备可以显示不同的触觉,如压力、振动、高保真和纹理粗糙度。而不是使用直流脉冲,团队开发了一种高频交替刺激策略,成功地降低了运行电压30 V,确保安全舒适的触觉渲染。

他们还提出了一个新颖的超分辨率的策略,可以使触觉物理电极之间的位置,而不是只在电极位置。这增加刺激器的空间分辨率超过三次(从25到105点),所以用户可以感觉更真实的触觉感知。

与高空间分辨率触觉刺激

“我们的新系统可以引起触觉刺激与高空间分辨率(76点/厘米2),类似于人类皮肤相关受体的密度,和快速反应率(4 kHz),”说林先生Weikang博士生在城大,制造和测试设备。

团队运行不同的测试显示各种应用这种新的电触觉渲染可穿戴系统的可能性。例如,他们提出了一种新的盲文策略与视觉障碍的人更容易学习。

该策略将字母和数字位数分解成个人中风和秩序以同样的方式写。穿新的电触觉渲染系统在指尖上,用户可以识别的字母感觉方向和笔画的顺序与指尖传感器。“这将非常有用,特别是晚年失去视力的人,允许他们继续读和写使用相同的字母系统使用它们,而不需要了解整个盲文点系统,”杨博士说。

在metaverse启用触摸

第二,新系统是适合VR / AR应用程序和游戏,添加metaverse的触觉。电极可以高度灵活和可伸缩的覆盖更大的区域,如手掌。团队证明,用户可以几乎感觉质地的衣服在一个虚拟的时装店。用户也经历一个痒的感觉在指尖被VR舔猫。抚摸一个虚拟的猫的皮毛时,用户可以感受到粗糙度作为中风的方差改变方向和速度。

系统还可用于在传输精细触觉通过厚厚的手套细节。团队成功集成薄,光电极电触觉渲染系统的柔性触觉传感器在一个安全手套。触觉传感器阵列捕获手套表面上的压力分布和传递的信息实时用户通过触觉刺激。在这项实验中,用户可以快速、准确地找到一个小钢垫圈半径只有1毫米和0.44毫米厚基于触觉反馈传感器和刺激器的手套。这表明系统的潜力,使高保真触觉感知,目前无法宇航员,消防员,深海潜水员和其他需要穿上厚厚的防护服或手套。

“我们希望我们的技术效益广泛的应用,如信息传输,外科培训,遥操作和多媒体娱乐,”杨博士补充说。

参考:林W,张D,李WW, et al。超分辨率可穿戴电触觉渲染系统。Sci副词。2022;8 (36):eabp8738。doi:10.1126 / sciadv.abp8738

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