從觸覺手套到觸覺衣 如何在VR和AR中更好實現(xiàn)haptic？

AR和VR系統(tǒng)是有趣的，同時也為遠程觸覺技術(shù)帶來創(chuàng)新的使用環(huán)境。受益的不僅是游戲玩家和普通消費者，也能讓外科醫(yī)生遠程執(zhí)行手術(shù)。也就是說，良好的遠程觸覺遠遠超出力反饋或微小電機產(chǎn)生小的震動(來自我們的手機)。

在AR或VR的背景下，我們有很多方法來感測用戶的運動、并反饋到系統(tǒng)中。我們可以利用用戶身上的運動傳感器、或者外部照相機、或反射光束。

連接并控制一臺機器，我們需要聯(lián)網(wǎng)手套，甚至新的Myo armband。然而，當涉及到觸摸虛擬、或遠程可視化對象，從而獲得準確的感官反饋，讓指尖感觸到其形狀、質(zhì)地、壓力反應等特點，這就需要把握我們的手指如何工作的各個基本面。

遠程醫(yī)療已經(jīng)被廣泛研究，但其原理也是適用于AR和VR的。

當我們用我們的手指去探索一個物體的剛度、阻尼、質(zhì)地、滯后及其他特點時，我們會緊握其表面，并用兩個主要類別的傳感器來收集相關(guān)的數(shù)據(jù)。第一是動覺，這是指在四肢感應到的基本幾何形狀和壓力數(shù)據(jù)(例如位置，關(guān)節(jié)的速度和致動力)。第二類是觸覺，同時使用皮膚和皮下傳感器。

在醫(yī)療系統(tǒng)中，遠程觸覺系統(tǒng)(RHS)包括一個遠程機械手用來探索動作、一個觸覺感知通道用來向操作器返回信息。動覺、觸覺信息均需要被傳達并顯示。心理學證明，如果觸覺信息缺失、那么觸覺辨別能力也會顯著降低。

這當然是有道理的，因為我們需要能夠高分辨率的去“感覺”我們的觸摸。但是精確的傳感比你想象的更難實現(xiàn)，更別提在指尖來重現(xiàn)它。這就是說，一些有趣的技術(shù)，像“超觸覺”和“Shock-suit”這樣的，可能會激發(fā)一些靈感。

與此同時，研究人員開始利用一點心理學知識，來消除真實世界和感測世界之間的差距。他們推測：

“區(qū)分觸摸對象柔軟度所需要的一大部分觸覺信息，被包含在接觸物接觸面上的接觸力中，或者手指在物體上增加壓力時接觸面的擴展率中。”

他們稱這種關(guān)系為接觸面積擴展率(CASR)，雖然表達不完善，這種擴展可能是一個觸摸完整傳感的替代者。研究人員隨后開始調(diào)查以觸覺數(shù)據(jù)的簡化形式來傳達足夠信息的可能性：

“…柔軟度的分辨很讓人滿意，能用于實際應用。”

為了證明了推測，該團隊為壓電(壓阻也行)材料的每側(cè)都涂覆了金屬導電層(metallic conductive)，并跨導電層放置合適的儀器來測量其電壓：分別為電荷放大器或惠斯登電橋和差分放大器(圖1)。

圖1：研究人員發(fā)現(xiàn)，用相對簡單的技術(shù)來獲得足夠的觸覺信息，去控制觸覺顯示器或反饋機制是可行的。(在本案例中用兩面都涂有金屬導體的壓電材料層)

被測量信號包括兩個隨時間變化的模擬信號(力和接觸的面積)，來對應需要在時間和空間域被同時采樣的隨時間變化的壓力的空間分布情況。經(jīng)過眾多學科的直接和心理實驗后，研究小組證實設備能提供足夠的信息來控制觸覺顯示。

以下展示一些業(yè)界先驅(qū)產(chǎn)品：

Teslasuit：全身觸覺反饋套件

用于更具交互性的VR體驗的Teslasuit是一個全身觸覺外套，唯一美中不足的是，它是使用電信號刺激肌肉或皮膚表面來提供反饋。

圖2：在VR、甚至是AR中都很難完全復制人的感覺。Teslasuit是一個Kickstarter的項目，使用微型電極編織的材料編織來刺激肌肉?；旧鲜怯|電的感覺。

作為一個Kickstarter項目Teslasuit曾籌到一些錢，但在2月份還是取消了。也許讓用戶觸電并不是最好的方式。

Ocean One水下機器人

斯坦福大學研發(fā)的Ocean One水下機器人：采取AI+觸覺反饋的協(xié)同工作方式，讓機器人手部能夠感受到所抓取物體的重量與質(zhì)感，再施加以適當力道抓取，這樣就能夠抓取到易碎物品了。此外還擁有平衡設計，可以讓它即使在身體晃動的情況下，通過手臂調(diào)整也能保持雙手的穩(wěn)定。

Ocean One背面安裝了計算單元、電池、推進器，能夠在水下自由航行。身高5英尺，有用兩只鉸接機械手臂，八只推進器。

控制員擁有者機器人視角，就與看見自己手臂的視角很像。

多種觸覺反饋手套

觸摸虛擬現(xiàn)實的手部交互設備已經(jīng)上市很多種類，有的加入了慣性測量單位，用足夠的敏感度準確地跟蹤位置，速度和運動方向;有的設置了許多小型觸覺振動器，每個振動器可以獨立編輯不同強度的觸感壓力，該振動器能產(chǎn)生單一頻率或持續(xù)性的振動，還可以感受到虛擬物體的外形等。

在此拼個圖給大家欣賞一下。