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莱斯大学开发可穿戴纺织品设备,补偿视觉、听觉输入体验

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两个袖带共安装了12个气袋,并通过逐渐膨胀来指示四个方向之一:向前、向后、向左或向右

映维网Nweon 2023年10月19日)个人设备为我们的视觉和听觉提供了几乎无限的信息流,但触觉的利用却暂时没有得到充分的利用。现在,莱斯大学的工程师们开发了一种可穿戴的、基于纺织品的设备,并旨在通过这种感官资源来补偿视觉和听觉输入。

其中,团队认为这项技术未来可以用于虚拟现实,并提供一种触摸抚摸的反馈,就如同《头号玩家》所描述的触觉反馈服装一样。例如,当你的虚拟伴侣抚摸你的身体时,这种智能服装将能够提供逼真的模拟反馈,令你感觉对方真的是在抚摸你一样。

团队指出,触觉反馈为视觉或听觉杂乱的环境提供了一种有用的交流模式。然而,触觉设备在我们日常生活中的应用依然有限,这促使着社区研究由舒适轻便材料制成的触觉可穿戴设备。

机械工程博士生巴克莱·朱梅特(Barclay Jumet)补充道:“行业在利用触觉或基于触觉的交流方面进展缓慢。在融入触觉的技术中,可穿戴设备通常依然需要笨重的硬件来提供复杂的线索,这限制了它们在日常活动中的使用。”

研究人员认为,纺织品是一种可以满足需求的材料类别,因为它们广泛应用于服装,并且社区已经开始尝试应用触觉反馈。

围绕这一点,团队使用流体控制将触觉线索编程到可穿戴设备的纺织结构中,从而减少了对硬件的需求。这种触觉纺织品的设计能够定制振幅,空间和时间控制。结合所述功能,搜书可穿戴设备能够在四个方向提供时空线索,而平均用户准确率为87%。

研究人员丹尼尔·普雷斯顿(Daniel Preston)指出:“传统的控制系统使用电压和电流,你通常需要众多电子输入来实现复杂的触觉提示。但在这个设备中,我们已经将许多复杂性转移到了流体控制器,你只需非常有限的电子输入就能提供复杂的触觉刺激。”

类似于臂式血压计,这种可穿戴设备如同袖带一样套在前臂,并依靠流体信号(如压力和流速)来控制复杂触觉信号的传递,包括振动和挤压等感觉。一个小而轻的二氧化碳储罐贴在袖带,从而为可热封纺织品中的气密回路供气,并形成四分之一大小的小袋。每个袖带最多有六个气袋,并以不同的力度和频率充气。

团队测试了触觉纺织品的耐用性,先把一个设备洗25次,然后用刀把它切开,在切口熨一块纺织品补丁。经过反复的清洗、切割和修复,它依然能正常工作。

巴克莱·朱梅特指出:“这种袖带采用了一种精简版的电子控制系统。我们在两个袖带共安装了12个气袋,通过逐渐膨胀来指示四个方向之一:向前、向后、向左或向右。因此,我们不再需要12个电子输入,而是将这种复杂性嵌入到袖筒之中,只需要4个输入。未来,这项技术可以直接与导航系统集成,这样,构成衣服的纺织品就可以告诉用户应该走哪条路,无需给他们已经超负荷的视觉和听觉带来负担,例如不需要查看地图或细听虚拟助手说话。”

这位研究人员进一步表示,这种触觉纺织品同时可以“实现一个更加身临其境和无缝连接的世界”。

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他表示:“我们现在可以设想一件‘智能衬衫’,不同于带有简单振动信号的智能手表,这种‘智能衬衫’可以给人一种抚摸的感觉,或者轻轻地拍一下你的躯干或手臂的感觉。电影、游戏和其他形式的娱乐现在可以融入触觉,而虚拟现实可以帮助你在更长时间里感到更舒适。”

就如同《头号玩家》所描述的触觉反馈服装一样,这种智能服装未来可以进一步提升用户的沉浸感。例如,当你的虚拟伴侣抚摸你的身体时,这种智能服装将能够提供逼真的模拟反馈,令你感觉对方真的是在抚摸你一样。

另外,这种可穿戴纺织设备可以结合其他传感和控制机制,帮助视力或听力有限的用户实时检测障碍物并在动态环境中导航,尤其是听障人群。尽管人工耳蜗可以恢复严重听力损失患者的语言感知能力,但文献显示,这类人群在嘈杂的环境中依然难以理解语言,并且很难定位声音的来源。所以,触觉反馈有可能提高人工耳蜗的性能。

研究人员表示:“如果植入人工耳蜗的声音能够由以不同方式编码的触觉信号强化,你就能更好地识别和解释由人工耳蜗处理的声音。”

又一个应用例子是通过在假肢嵌入传感器来收集数据,可穿戴设备可以将所述数据作为身体其他部位的触觉反馈传递给截肢者,从而恢复他们的触觉。

团队补充道:“在这种情况下,用户体验到的触觉反馈将与他们正在采取的行动直接相关。将智能纺织品用于触觉设备的一大优势是,它们为设计空间带来了更多的自由和灵活性。我们不再受需要整合到设计中的组件的尺寸或几何形状的限制。”

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