香港城市大学与腾讯合作开发AR/VR触觉反馈渲染系统，实现高空间分辨率和快速响应率

查看引用/信息源请点击：techxplore

模拟具有高空间分辨率和快速响应率的触觉反馈

（映维网Nweon 2022年10月28日）对于AR/VR元宇宙，触觉反馈是行业正在积极解决的一个重要挑战。日前，由香港城市大学领衔的合作研究团队介绍了一款创新的可穿戴触觉渲染系统。据悉，所述解决方案可以模拟具有高空间分辨率和快速响应率的触觉反馈。

团队表示，这项研究在可以应用于一系列的用例，包括盲文显示屏，虚拟现实购物和游戏，以及宇航员、深海潜水员和其他需要戴厚手套的人员。

研究人员指出，尽管我们可以通过电话和摄像头远距离听到和看到我们的家人，但我们依然无法感受或拥抱他们。空间和时间隔开了我们，特别是在这场漫长的疫情期间。当然，业界在开发能够以高分辨率和高灵敏度数字化捕捉触觉特征的传感器方面取得了巨大进展。然而，目前我们缺乏一个能够有效虚拟化触觉、并能够在空间和时间方面记录和回放触觉的系统。

所以，香港城市大学与腾讯机器人实验室进行合作，共同开发了一种可以模拟具有高空间分辨率和快速响应率的触觉反馈的新型触觉渲染系统。

现有技术的局限性

现有的触觉刺激再现技术可大致分为两类：机械刺激和电刺激。

通过在皮肤施加局部机械力或振动，机械致动器可以产生稳定和连续的触觉。但当集成到便携式或可穿戴设备中时，它们往往体积庞大，限制了空间分辨率。

对于电触觉刺激器，局部电流通过皮肤，并在电极位置唤起皮肤中的触觉。它可以轻巧灵活，同时提供更快的响应。但大多数人依靠高压直流脉冲（高达数百伏）穿透皮肤最外层的角质层，然后刺激受体和神经。所以，这引起了安全问题。另外，电刺激的触觉渲染分辨率需要提高。

香港城市大学和腾讯团队开发的新型电触觉致动器非常薄且灵活，可以轻松集成到指套中。这种指尖可穿戴设备可以高保真地显示不同的触觉，例如压力、振动和纹理粗糙度。另外，团队没有使用直流脉冲，而是开发了一种高频交变刺激策略，并成功地将工作电压降低到了30 V以下，从而确保了触觉渲染的安全性和舒适性。

他们同时提出了一种全新的超分辨率策略，在物理电极之间的位置而不是仅在电极位置呈现触觉反馈。据悉，这将刺激器的空间分辨率提高了三倍以上（从25点提高到105点），所以用户可以感觉到更真实的触觉。

具有高空间分辨率的触觉刺激

研究人员指出，电极可高度灵活且可扩展，而新系统可以以高空间分辨率（76点/平方厘米）（类似于人体皮肤中相关受体的密度）和快速响应率（4千赫）激发触觉刺激。

团队进行了不同的测试，目标是展示这种新型可穿戴电触觉渲染系统的各种应用可能性，例如VR/AR应用和游戏，为元宇宙增加触觉反馈。

实验证明，用户可以在虚拟时装店中感知衣服的质地。另外，当被VR猫咪舌舔时，用户会感到指尖发痒，而当撸猫时，用户可以感觉到随着抚摸方向和速度改变的猫毛粗糙度变化。

这个系统同时可用于通过手套传输精细的触觉细节。其中，团队成功地将电触觉渲染系统的薄而轻的电极集成到手套的柔性触觉传感器中。触觉传感器阵列捕捉手套外部上的压力分布，并通过触觉刺激将信息实时传递给用户。

在实验中，用户可以根据手套与传感器和刺激器的触觉反馈，快速准确地定位一个半径仅为1 mm、厚度仅为0.44 mm的微型钢垫圈。这显示了系统在实现高保真触觉方面的潜力。

延伸阅读：Super-resolution wearable electrotactile rendering system

研究人员指出：“我们希望我们的技术能够广泛应用，如信息传输、外科培训、远程手术和多媒体娱乐等等。”