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美国科学家研究新假肢,佩戴者能感受到触觉

4008com云顶集团,中国航空报讯:11月21日,《自然》杂志发表的一项研究报道了一种在皮肤表面的无线触觉反馈界面。这个装置通过机械振动的方式进行通讯,可作为虚拟现实合成皮肤,可让你与远方的亲友牵手,还能在互联网游戏中感受到队友的拍肩鼓励,当然,这个装置也可用于医学。

“触感”系统的研究人员John Rogers表示,这个系统的目标是提高假肢佩戴者的生活质量,例如可以感知握住易碎物体或触摸皮肤时到底用了多少力。将来还将研发新的内容,比如让假肢佩戴者可以感受到饮料的冷热程度等。

近日,由香港城市大学工程师开发的电子皮肤技术,未来的虚拟现实和增强现实系统也可以配备触觉,研究成果发表在《自然》上。

其通信方式采用近场通信,这也是我们平时常用的一种电子支付技术。如此成就了一个薄而轻的装置,且可无限期佩戴使用。

据了解,这款触感系统由美国西北大学的研究人员开发,该系统包含32个可单独编程的执行器,这是一种可以发出电脉冲或振动的装置,该执行器嵌入了由硅酮制成的柔软材料。介绍称,可以通过智能手机或平板电脑进行控制,每个执行器都会振动,从而产生触感;此外,佩戴用户可以控制压力和触觉模式。

于欣格表示,“传统的致动器提供感觉振动,需要100毫瓦的功率来传输信号。然而,由于我们的新系统使用射频(RF)作为电源,它只需不到2毫瓦的功率来传输信号,并产生相同水平的机械振动。因此,我们通过低功耗的无线功能解决了传输的难题,大大增加了系统的运行距离。该系统不仅省电,而且让使用者可以更自由地移动,而不需要电线。”

此前已经实现的可通信VR皮肤,需要借助紧贴在佩戴者身体上的有线电极,这些电极通过产生振动来刺激感官体验。但事实证明,要找到既能产生让用户反应的合适电压和电流,又不给皮肤造成疼痛或电刺激损伤,绝非易事。

云顶集团登录,Garrett Anderson是一名来自伊利诺伊州的退伍老兵,弹片让他永远失去了右肢小臂。他佩戴了这款系统。表示可以感受到触觉。

除了用于增强VR和AR技术的用户体验外,这种电子皮肤还可以帮助假肢用户通过触觉感知外部环境,并向用户提供反馈。

作者之一、美国西北大学材料科学和生物医学工程教授John A. Rogers表示,这个研究第一次在人体皮肤上大面积实现了灵活且复杂的虚拟触摸,超越了音频和视频通讯,是VR/AR质的飞跃。

IT之家11月21日消息据gadgets360报道,近日美国西北大学(Northwestern University)的研究人员开发了新的高科技假肢,可以让佩戴者感受到触觉。

该一项目团队还包括来自英国布里斯托尔大学、美国西北大学、伊利诺伊大学香槟分校和宾夕法尼亚州立大学、清华大学和山东大学的学者。

Rogers说,他们已经可以实现通过用户图形界面,可即时调整每个驱动器的频率和幅度。

这套神奇的系统有700多个功能组件,厚度却不到3毫米,由许多不同的层组成,包括一层薄薄的、有弹性且可逆的皮肤;一层硅胶封装保护层,支持无线控制系统和一系列相互关联的致动器;再加上外层的透气面料,与穿戴的衣服放在一起也毫无损碍。

而这款新的皮肤VR系统采用了不同的技术路径,它通过嵌入薄而柔软的微型驱动器来传递触感。Rogers团队长期从事皮肤可穿戴设备的研究,他们将可穿戴设备、微型驱动器等大量组件组合在一起,希望用户能从皮肤得到反馈,而不是此前研究关注的从皮肤中获取信息。

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Garrett Anderson是一名伊拉克战争中失去右臂的陆军老兵,2005年10月15日,炸弹碎片削断了他的手臂。他在戴上美国西北大学的装置后,明显感受到了假肢指尖传到手臂的压力。Rogers认为,经过长时间磨合,大脑会将手臂上的感觉认为是假肢手指的感觉,这相当于重现了手指的触摸感。

研究人员开发的是一套“电子皮肤集成的触觉界面”系统。这套以皮肤为媒介的虚拟现实(VR)和增强现实(AR)系统,通过紧贴皮肤的无线致动器,将能源转换成机械动能,将触觉刺激传送到人体。

该装置可以与平板电脑进行无线通讯。当用户在触摸屏界面画出X图案时,装置即可在皮肤上实时产生X图案的触感。当人们进行远程聊天时,亲友可以通过伸手进行虚拟抚触,其力度可以通过触摸屏界面来设置。

“我们的目标是开发出可与人类皮肤相媲美的电子皮肤。” 论文第一作者、香港城市大学生物医学工程学系助理教授于欣格博士说,“与市场上的同类设备相比,我们的新系统更轻更薄,可以紧紧地附着在人体皮肤上。而且,它不需要电线,也不需要电池。”

香港理工大学纺织及制衣学讲席教授陶肖明在《自然》杂志评论称,鉴于人体皮肤可以分辨亚毫米级的触觉,因此这个驱动器可以再加以微型化,缩小到原来十分之一到三分之一。

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文章通讯作者之一、美国西北大学机械工程系教授黄永刚则表示,基于精巧的力学设计,该装置中激励器仅需要1.75毫瓦的功率就能诱发较强的触感,通常市面现有激励器需要大于100毫瓦的输入功率。

陶肖明指出,该装置还有一些缺陷,比如每个驱动器电流高达5毫安,这要比大部分消费级电子产品的电流要高。另外,如果散热管理不当,可能会影响微型驱动器性能表现以及让皮肤发热。除此之外,尽管驱动器的功率只有1.75毫瓦,但其总功耗可能会是限制该装置持续无线通信的关键因素。这些问题最终的解决途径要依靠进一步微型化驱动器。

研究人员正在拓展该装置的使用范围,黄永刚说:我们下一步共工作主要是实现更轻薄的、更高分表率的柔性皮肤触觉界面,并丰富不同的皮肤刺激方式,比如热刺激和拉伸触感的实现等。

美国西北大学这款装置原型为15厘米x15厘米,无需电池和电线,其中有32个毫米级微型驱动器,每个驱动器1.4克,直径为12到18毫米,厚度为2.5毫米。

黄永刚表示,这项研究极大地扩展了VR和AR的刺激方式和功能。从传统的视觉和听觉刺激到触觉界面,首次通过可编程机械震动刺激皮肤的方式实现/转递人体对外部世界的虚拟增强体验。因为与眼睛和耳朵相比,AR和VR在皮肤感知层面的开发还远远不够,而皮肤传感则能极大增强体验,以及拓展通信、娱乐和医学的应用。

驱动器嵌入到柔软的硅树脂中,每个驱动器可以独立产生每秒最多200次振动的触感。薄而柔软的有机硅聚合物柔性界面,无需胶带即可粘附到皮肤上。

研究人员的最终设想是用成百上千个离散的可编程驱动器,将这个装置扩展到全身。穿上特制的VR套装,加上VR头盔,游戏者可以完全沉浸在虚拟世界中。

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