改进的虚拟触觉技术使显示器上的触觉统一

Josiah02

开发出一种可让所有用户体验相同触觉的虚拟触觉实现技术。由基础科学研究所 (IBS) 纳米医学中心的 Park Jang-Ung 教授和 Severance 医院神经外科的 Jung Hyun Ho 教授领导的研究小组开发出一种可在显示器上提供一致触觉的技术。
这项研究是与延世大学 Severance 医院的同事合作进行的。它于2024 年 8 月 21 日发表在《自然通讯》上。
虚拟触觉实现技术，又称触觉渲染技术，是指在虚拟环境中模拟触觉的方法和系统。该技术旨在创造与虚拟物体物理接触的感觉，使用户能够感受到纹理、形状和力量，就像与现实世界的物品互动一样，即使这些物体是数字的。
该技术在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域的应用越来越广泛，它与视觉和听觉提示一起使用来弥合虚拟世界和物理世界之间的差距。
值得注意的是，电触觉系统通过电刺激而不是物理振动产生触觉，正成为有前途的下一代触觉渲染技术。触觉由机械感受器介导，机械感受器是位于皮肤中的触觉细胞，以电信号的形式将触觉信息传输到大脑。
电触觉系统人工产生这些电信号，从而模拟触觉。通过调整电流密度和频率可以创造精确而多样的触觉体验。
尽管现有的电触觉技术潜力巨大，但它们也面临挑战，尤其是在安全性和一致性方面。皮肤接触压力的变化会导致触觉不稳定，而使用大电流则会引起安全问题。为了解决这些问题，IBS 研究团队开发了一种透明的压力可校准干扰电触觉致动器 (TPIEA)。
通过压力校准实现一致的触觉。在有压力补偿和无压力补偿的条件下，研究了电触觉强度与电流密度的关系。在没有压力补偿的情况下，用户报告的触觉没有出现可辨别的模式。相反，当压力得到均匀补偿时，触觉的变化会持续表现出来。很明显，当手指施加的压力很大时，即使在较低的电流水平下也会感觉到更高的触觉强度。
TPIEA 由两个主要部分组成：负责产生电触觉的电极部分和根据手指压力进行调节的压力传感器部分。研究人员通过将铂纳米颗粒应用于氧化铟锡基电极，大大降低了电极的阻抗。
这不仅比传统电极降低了阻抗，而且实现了约 90% 的高透射率。集成的压力传感器确保用户无论如何触摸显示屏都能体验到一致的触觉反馈。
此外，研究团队还进行了体感诱发电位（SEP）测试，以量化触觉。通过检查用户的体感系统对电触觉刺激的电流和频率变化的反应，他们能够定量区分和标准化触觉。
该团队成功实现了九种不同类型的电触觉，从类似头发的感觉到类似玻璃的感觉，具体取决于电流密度和电刺激的频率。该团队进一步证明，TPIEA 可以与智能手机显示屏集成，以可靠地产生复杂的触觉模式。
此外，该研究还将干扰现象引入了电触觉技术领域。干扰现象是指两个电磁场重叠时发生的频率和振幅变化。
这使得研究人员能够以比以前要求低 30% 的电流密度引发相同强度的电触觉，并将触觉分辨率提高约 32%。这项研究展示了包括 Teslasuit 在内的当前电触觉技术中最高水平的触觉分辨率。
首席研究员朴章雄表示：“通过这种电触觉技术，我们可以有效地将显示器的视觉信息与触觉信息结合起来。我们预计这项研究的结果将显著增强基于干扰刺激的各种 AR、VR 和智能设备应用中用户与设备之间的交互。”