對于AR/VR元宇宙，觸覺反饋是行業正在積極解決的一個重要挑戰。日前，由香港城市大學領銜的合作研究團隊介紹了一款創新的可穿戴觸覺渲染系統。據悉，所述解決方案可以模擬具有高空間分辨率和快速響應率的觸覺反饋。

團隊表示，這項研究在可以應用于一系列的用例，包括盲文顯示屏，虛擬現實購物和游戲，以及宇航員、深海潛水員和其他需要戴厚手套的人員。

研究人員指出，盡管我們可以通過電話和攝像頭遠距離聽到和看到我們的家人，但我們依然無法感受或擁抱他們。空間和時間隔開了我們，特別是在這場漫長的疫情期間。當然，業界在開發能夠以高分辨率和高靈敏度數字化捕捉觸覺特征的傳感器方面取得了巨大進展。然而，目前我們缺乏一個能夠有效虛擬化觸覺、并能夠在空間和時間方面記錄和回放觸覺的系統。

所以，香港城市大學與騰訊機器人實驗室進行合作，共同開發了一種可以模擬具有高空間分辨率和快速響應率的觸覺反饋的新型觸覺渲染系統。

現有技術的局限性

現有的觸覺刺激再現技術可大致分為兩類：機械刺激和電刺激。

通過在皮膚施加局部機械力或振動，機械致動器可以產生穩定和連續的觸覺。但當集成到便攜式或可穿戴設備中時，它們往往體積龐大，限制了空間分辨率。

對于電觸覺刺激器，局部電流通過皮膚，并在電極位置喚起皮膚中的觸覺。它可以輕巧靈活，同時提供更快的響應。但大多數人依靠高壓直流脈沖（高達數百伏）穿透皮膚最外層的角質層，然后刺激受體和神經。所以，這引起了安全問題。另外，電刺激的觸覺渲染分辨率需要提高。

香港城市大學和騰訊團隊開發的新型電觸覺致動器非常薄且靈活，可以輕松集成到指套中。這種指尖可穿戴設備可以高保真地顯示不同的觸覺，例如壓力、振動和紋理粗糙度。另外，團隊沒有使用直流脈沖，而是開發了一種高頻交變刺激策略，并成功地將工作電壓降低到了30 V以下，從而確保了觸覺渲染的安全性和舒適性。

他們同時提出了一種全新的超分辨率策略，在物理電極之間的位置而不是僅在電極位置呈現觸覺反饋。據悉，這將刺激器的空間分辨率提高了三倍以上（從25點提高到105點），所以用戶可以感覺到更真實的觸覺。

具有高空間分辨率的觸覺刺激

研究人員指出，電極可高度靈活且可擴展，而新系統可以以高空間分辨率（76點/平方厘米）（類似于人體皮膚中相關受體的密度）和快速響應率（4千赫）激發觸覺刺激。

團隊進行了不同的測試，目標是展示這種新型可穿戴電觸覺渲染系統的各種應用可能性，例如VR/AR應用和游戲，為元宇宙增加觸覺反饋。

實驗證明，用戶可以在虛擬時裝店中感知衣服的質地。另外，當被VR貓咪舌舔時，用戶會感到指尖發癢，而當擼貓時，用戶可以感覺到隨著撫摸方向和速度改變的貓毛粗糙度變化。

這個系統同時可用于通過手套傳輸精細的觸覺細節。其中，團隊成功地將電觸覺渲染系統的薄而輕的電極集成到手套的柔性觸覺傳感器中。觸覺傳感器陣列捕捉手套外部上的壓力分布，并通過觸覺刺激將信息實時傳遞給用戶。

在實驗中，用戶可以根據手套與傳感器和刺激器的觸覺反饋，快速準確地定位一個半徑僅為1 mm、厚度僅為0.44 mm的微型鋼墊圈。這顯示了系統在實現高保真觸覺方面的潛力。

研究人員指出：“我們希望我們的技術能夠廣泛應用，如信息傳輸、外科培訓、遠程手術和多媒體娛樂等等。”