在虚拟世界感受触觉：新研究登上Nature，《头号玩家》场景实现且不用插电

编者按：本文来自微信公众号“量子位”（ID：QbitAI），作者：栗子、乾明 ，原标题为：虚拟女友亦能摸！新研究登上Nature，《头号玩家》场景实现且不用插电，36氪经授权发布。

还记得《头号玩家》中，男女主角在虚拟世界中约会的场景吗？

女主只是轻轻地抚摸了一下，男主瞬间就感到了一股“电流”触达全身。

他已经傻傻的分不清虚拟世界与现实世界了。

虽然电影中的VR设备已经不再新鲜，但是这种触觉看起来还是非常科幻，看上去没有10年20年研究很难实现。

但现在，我们可能不必等那么久了。

来自香港城市大学&西北大学的研究者用一组皮肤贴片系统，不仅能让你感受到远方亲人的抚摸，也能让你抚摸到远方的亲人。

当然，VR游戏中的人和物也能感受感知到。

看到这里你是不是有啥大胆的想法了？日本有个游戏叫VR什么友？

而且这套装置完全无需复杂的插线供电，仅需无线信号就能驱动，辐射强度也在美国FDA规定的范围内，无需担心安全问题。

这一研究也登上了最新一期的Nature。

无线供电操控，实现毫米级触觉反馈

皮肤是一种神奇的生物系统，表面布满了传感器，人类和外界的物理接触，全靠它们了。

为了让皮肤感受到触觉，团队开发了数百个功能组件，最核心的部分是执行器。

每个执行器，仅重1.4克，直径12-18毫米 (指甲大小) ，厚度2.5毫米。由两个部分组成，一是密封在丙烯酸基料里面的铜线圈，二是安装在聚合物上的永磁体。

当有电流通过线圈时，磁体就以和电流相同的频率振动起来，对皮肤上面不同的点施加压力，让不同的位置产生毫米级的触觉反馈，于是皮肤便有了触感。

在他们的研究成果中，单块皮肤中排列32枚执行器，而且可以分开控制，来产生更加精细化的触觉反馈。

这些组件，都收纳在了厚度为3毫米、由硅胶覆盖的合成橡胶薄层中。

不仅透气，而且也能重复使用，就算弯曲甚至扭曲也不会影响功能实现。

更为重要的是，这个组件中还有芯片级的集成电路和天线，使它可以无线操控和供电。

这就解决了当前所有同类设备被电线束缚的尴尬境地。

根据论文中披露的数据，无线信号的传输范围是直径一米，比之前最先进的技术范围扩大了10倍。

而且，驱动执行器的能量也不算高，只需1.75毫瓦的功率，就能引起明显的振动感觉。

而一般以直流电驱动的执行器，需要大约100毫瓦的功率，才能产生相同水平的振动。

如此设备，应用范围也不仅仅限于VR领域。

在论文中，他们也对这个系统进行了测试，进一步展现这个技术在实际应用中的可能性。

在第一个实验中，是一个女孩和祖母进行视频通话的场景，她只需要触摸屏幕，祖母就能够通过手臂上的设备感知到了孙女的抚摸。

第二个实验中，是一位下臂截肢的男人，上臂上贴上片，用一个有机械手的假肢抓住物体的时候，感受到了自己的确是在用手抓住物体。

第三个实验中，一个人在玩格斗游戏的时候，身上贴上片，当自己在游戏中的角色被攻击的时候，自己相应的部位也能够感同身受。

34名合作者，两位一作来自中国

这个研究一共有34名作者，横跨机械工程、材料科学、生物医学、物理和化学等多个领域。

根据EurekAlert报道，整个团队用了大约两年的时间才研发出了这个装置。

有两个共同一作，分别是来自香港城市大学的于欣格和解兆谦。

除了香港城市大学之外，他们的研究单位还有大连理工大学和西北大学。

于欣格现在是香港城市大学生物医学工程系助理教授、博导，2009年本科毕业于电子科技大学。

2009-2015年，在美国西北大学与电子科技大学联合培养攻读博士。

解兆谦，2013年从大连理工大学博士毕业，之后西北大学从事博士后研究，现在就职于香港城市大学担任研究员。

研究的通讯作者也有两位，分别是西北大学的黄永刚教授和John A. Rogers教授。

其他的研究人员，分别来自于美国的伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校、宾夕法尼亚州立大学和亚利桑那大学、英国布里斯托大学、清华大学及山东大学等。

研究还在完善中

首先，人类的皮肤可以探测到亚毫米级的触摸感，但设备中的执行器直径12-18毫米，厚2.5毫米，相比之下还有不小差距。

他们提出了一种小型化设备的方法，经过仿真测试后，他们认为可以将执行器的直径和厚度减少十倍和三十倍。

其次，每个执行器由一组大约为5毫安的电流驱动，比消费级电子产品高，而且没有办法更好散热，也会影响性能和用户体验。

最后，尽管优化后的执行器只需要1.75毫瓦的电力，但整体上电力消耗也很大，想要持续无线地操控这个平台，应用到实际中还有不少困难需要克服。

不过就算存在诸多待完善的空间，但Nature上的这篇研究，也描绘出了一种新的可能性：

真正VR体验，已经不再只停留在斯皮尔伯格电影中了，不是吗？

不仅仅是科幻电影，对于整个VR产业的发展，也会产生极大的影响。

至少从VR游戏的交互性上，将会上升到一个新的台阶。

说到这里，真的不得不提隔壁岛国的那些VR游戏，加入了这一技术，那还了得？你怎么看？

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1687-0

参考链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases_ml/2019-11/cuoh-5112019.php

https://www.nature.com/articles/d41586-019-03506-3

封面图来自pexels

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