丰色 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
工作忙没时间养、讨厌到处都是毛……又想 撸猫解压？
或许未来元宇宙可以帮你实现这个愿望。
腾讯Robotics X实验室和香港城市大学发明了一种 触觉“手套”，手掌和指间的传感器可以让你在用不同的速度和方向“抚摸”猫毛时感受到 粗糙度的变化。
再配上VR，就可以实现虚拟撸猫了。
当你把手伸到“猫猫”的舌头面前，还能感受到上面的 倒刺。
哇，尽管画面还稍显粗糙，但猫猫教看完已经有点心动这种新奇的体验了。
话说回来，这个触觉又是如何做到的？
薄到可以集成到手指套中的触觉制动器
现有触觉刺激技术可分为两类——机械刺激和电刺激。
机械刺激是通过机械致动器 （actuator）在皮肤上施加局部机械力或震动，从而让人感受到触觉。
不过一般这种致动器体积都比较大，硬要把它集成到便携式或可穿戴设备中，就只能牺牲触觉分辨率。
相比之下， 电触觉刺激器就没有这种烦恼，可以做到既轻便又灵活，同时提供更高的分辨率和更快速的响应。
但它又需要比较高的电压来穿透我们的皮肤外层以激活神经，所以安全性没法保障，电击带来的刺痛感也影响体验。
为了保证撸猫的真实感触，研究团队们选择在电刺激技术上加以改进，研发可以小到集成到手指套中的触觉致动器。
里面主要有两个技术创新：
一是可以把刺激电压 降低到13V～28V的高频调制方法。
是的，与大多数电触觉致动器靠高压直流 (DC) 脉冲来穿透高阻抗角质层 （皮肤最外层）不同，该研究团队在这里选择了 高频交流电(AC) 。
如下图所示，由于人体皮肤每一层的电阻抗可以建模为并联的电阻和电容，因此高频交流电可以穿透人体皮肤并刺激触觉神经。
通过实验他们发现， 增加交流电刺激的频率（从20kHz增加到10kHz）会让电流密度更高和、皮肤渗透更深，从而转化为更多神经的激活，呈现出更强的触觉。
同时，使用相同参数但具有180°相位差的两个AC电流进行刺激，也能进一步增强触觉感知。
具体表现上， 低频和高压刺激最能模拟岩石和砂纸等粗糙纹理，而高频和低压刺激可以呈现丝绸和玻璃等光滑纹理。
最终，研究人员通过志愿者测试得到了最低13V的阈值电压和最高28V的耐受电压，以及15V~25V的舒适感知范围。
此外，有85%的受试者可以感知到刺激电压以最低0.5 V的步长变化，这就对应了至少20个强度区间，远高于早期研究中的4个。
第二个创新点是电流转向 超高触觉分辨率技术，它可以让该触觉致动器的空间分辨率 在无需额外硬件的同时提高四倍，达到 76dots/cm2，接近于人类触觉感知。
并做到超过人类的4kHz快速刷新率，覆盖整个人类触觉强度范围。
具体就是通过利用电极阵列的高度可重构性在物理电极 之间的位置执行刺激，从而实现超分辨率，如下图所示，小三角部分即为目标点。
隔着厚手套也能摸出直径1mm的小凸点
如图所示，研究人员给志愿者进行了“盲文测试”，他们可以通过这个触觉装置给出的笔划，猜出是什么字母/数字。
志愿者们还戴上了 消防员手套来测试致动器的敏感度。
结果尽管隔着厚厚的一层，它也能让人成功摸到玻璃上的一个小凸点。
——而这个点 直径居然只有1mm，厚度更是只有0.44mm。
最后，应用方面，这项技术除了用来撸猫还可以做很多事情。
比如虚拟购物，用来感受不同衣服的材质。
抑或是帮助宇航员和深海潜水员等恢复防护服之下的触觉感知。
在更遥远的未来，它还可在虚拟培训甚至5G远程手术等场景中派上用场。
团队介绍
目前该成果已入选Science Advances，由腾讯Robotics X实验室和港城大机械工程系共同完成，一作一共有3位。
论文地址：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp8738
参考链接：
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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