豐色 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
工作忙沒時間養、討厭到處都是毛……又想 擼貓解壓？
或許未來元宇宙可以幫你實現這個願望。
騰訊Robotics X實驗室和香港城市大學發明了一種 觸覺『手套』，手掌和指間的傳感器可以讓你在用不同的速度和方向『撫摸』貓毛時感受到 粗糙度的變化。
再配上VR，就可以實現虛擬擼貓了。
當你把手伸到『貓貓』的舌頭面前，還能感受到上面的 倒刺。
哇，盡管畫面還稍顯粗糙，但貓貓教看完已經有點心動這種新奇的體驗了。
話說回來，這個觸覺又是如何做到的？
薄到可以集成到手指套中的觸覺制動器
現有觸覺刺激技術可分為兩類——機械刺激和電刺激。
機械刺激是通過機械致動器 《actuator》在皮膚上施加局部機械力或震動，從而讓人感受到觸覺。
不過一般這種致動器體積都比較大，硬要把它集成到便攜式或可穿戴設備中，就隻能犧牲觸覺分辨率。
相比之下， 電觸覺刺激器就沒有這種煩惱，可以做到既輕便又靈活，同時提供更高的分辨率和更快速的響應。
但它又需要比較高的電壓來穿透我們的皮膚外層以激活神經，所以安全性沒法保障，電擊帶來的刺痛感也影響體驗。
為了保證擼貓的真實感觸，研究團隊們選擇在電刺激技術上加以改進，研發可以小到集成到手指套中的觸覺致動器。
裡面主要有兩個技術創新：
一是可以把刺激電壓 降低到13V～28V的高頻調制方法。
是的，與大多數電觸覺致動器靠高壓直流 (DC) 脈沖來穿透高阻抗角質層 《皮膚最外層》不同，該研究團隊在這裡選擇了 高頻交流電(AC) 。
如下圖所示，由於人體皮膚每一層的電阻抗可以建模為並聯的電阻和電容，因此高頻交流電可以穿透人體皮膚並刺激觸覺神經。
通過實驗他們發現， 增加交流電刺激的頻率《從20kHz增加到10kHz》會讓電流密度更高和、皮膚滲透更深，從而轉化為更多神經的激活，呈現出更強的觸覺。
同時，使用相同參數但具有180°相位差的兩個AC電流進行刺激，也能進一步增強觸覺感知。
具體表現上， 低頻和高壓刺激最能模擬巖石和砂紙等粗糙紋理，而高頻和低壓刺激可以呈現絲綢和玻璃等光滑紋理。
最終，研究人員通過志願者測試得到了最低13V的閾值電壓和最高28V的耐受電壓，以及15V~25V的舒適感知范圍。
此外，有85%的受試者可以感知到刺激電壓以最低0.5 V的步長變化，這就對應了至少20個強度區間，遠高於早期研究中的4個。
第二個創新點是電流轉向 超高觸覺分辨率技術，它可以讓該觸覺致動器的空間分辨率 在無需額外硬件的同時提高四倍，達到 76dots/cm2，接近於人類觸覺感知。
並做到超過人類的4kHz快速刷新率，覆蓋整個人類觸覺強度范圍。
具體就是通過利用電極陣列的高度可重構性在物理電極 之間的位置執行刺激，從而實現超分辨率，如下圖所示，小三角部分即為目標點。
隔著厚手套也能摸出直徑1mm的小凸點
如圖所示，研究人員給志願者進行了『盲文測試』，他們可以通過這個觸覺裝置給出的筆劃，猜出是什麼字母/數字。
志願者們還戴上了 消防員手套來測試致動器的敏感度。
結果盡管隔著厚厚的一層，它也能讓人成功摸到玻璃上的一個小凸點。
——而這個點 直徑居然隻有1mm，厚度更是隻有0.44mm。
最後，應用方面，這項技術除了用來擼貓還可以做很多事情。
比如虛擬購物，用來感受不同衣服的材質。
抑或是幫助宇航員和深海潛水員等恢復防護服之下的觸覺感知。
在更遙遠的未來，它還可在虛擬培訓甚至5G遠程手術等場景中派上用場。
團隊介紹
目前該成果已入選Science Advances，由騰訊Robotics X實驗室和港城大機械工程系共同完成，一作一共有3位。
論文地址：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp8738
參考鏈接：
https://www.cityu.edu.hk/mne/research-laboratories/research/mne-research-unpack/technology-could-let-you-cuddle-your-cat-virtual
— 完—
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