一切与VR有关：那些电影里的黑科技

如果你曾经看过沃卓斯基姐弟的黑客帝国，你应该对matrix不会陌生，无数的小说和电影都描绘创造了一个与现实世界完全隔离的虚拟世界，人们在其中安居乐业岁月安稳现世静好,并沉浸在其中不可自拔。开关啪的一声开启。困扰你的一切不复存在，无论是怎样的穷矮矬，在这里你都将摇身一变。化身高富帅，勇闯恶魔洞穴，调戏良家妇女。如果说二十年前人们还只是在小说和电影中虚构这样的情节，而如今以VR显示技术为代表的一系列科技产品的出现，已经让我们看到了matrix到来的可能性。

只是到来的方式和我们所预想的有些不同。人类至今无法完全破解脑机交互中那些各式各样的电信号所代表的含义，脑后的插头现在看起来还没有着落。于是科学家们只能退而求其次，先从人类的感官下手。借助人体天然的传感器，力求模拟一个真实的世界。

而这一切，首先始于视觉。

人体获取的信息约80%来自视觉。模拟视觉信号的工作其实已经开展了很长时间。从200年前涅普斯在感光材料上制作出第一张照片，把真实的物体第一次记录下来并且被眼球接收。到形态各异的显示器，试图还原各种光学信号。在此之上还衍生出了3D显示，位置捕捉等技术，再到最近的VR头盔，拉近显示屏，覆盖更广的视域，企图骗过人类的大脑。加上magicleap所开发的光场成像，把光学信号直接投影到人类的视网膜。从技术的发展来看，视觉上的模拟经历了一个越来越贴近大脑的过程。从物体反射光线——光线被眼球捕捉——光信号被转化为电信号传给大脑。越是能占据距离大脑更近的入口，越能将其他的技术踩在脚下。模拟物体的不如发射光源的，远距离发射光源的不如贴着眼球发射光源的，贴着眼球发射光源的不如直接模拟光场信息的。模拟光场信息的最终会输给电信号吗？我们无法做出判断，但实际情况是已经有公司在开发类似的技术。

目前的实例有Second Sight公司的Argus（取名自希腊神话中的百眼巨人），通过手术在视网膜接入60个微型电极。Argus还做不到让盲人彻底恢复，只能看到一些黑白的边缘和对照点。

Second Sight公司的Argus

人工视网膜恢复视觉要实现的基本要求是用户可以独立行走，识别人脸以及阅读，这要求电极数量不能低于600～1000，同时，考虑到并不是所有的电极都能同时发挥作用，因此电极数量需要高于1000（32×32）。Second Sight公司正计划把电极数从60个提升到240个。

大阪大学开发的人工视网膜拥有49个电极通道以7×7方式排列，各电极的直径为 500μm，经过试验，患者的视力由术前的0.0003提高到了0.0012。此外，日本奈良尖端科学技术大学院大学等正在努力将把电刺激元件的集成个数提高到1000个以上。

此外还有另一种方法：绕过视网膜，直接刺激视觉皮层处理图像的区域，通过该方法，Second Sight公司的Brian Mech表示：“我们实质上可以治疗因任何原因导致的眼盲，而不再仅能治疗那些外部视网膜的退行性病变。”

“视网膜假体所处的阶段和人工耳蜗30年前所处的阶段相同，”澳大利亚仿生视觉（Bionic Vision Australia）主任博基特安东尼·博基特（Anthony Burkitt）说。“人工耳蜗技术曾经只是唇语阅读的辅助工具，但现在植入人工耳蜗的孩子已经可以正常上学，甚至还能使用移动电话，”博基特说。“我们现在知道视网膜植入体可以从临床治疗上让病人受益，我认为我们将在下一个十年见证这项技术的飞速发展。”

事实上，视网膜拥有1.3亿个感官细胞，在模拟感官的道路上，视觉是进展最为缓慢的领域，在人类其他的感官能力上，电刺激信号的研究要深入的多。

首先，电刺激可以模拟人的味觉:

新加坡国立大学Mixed Reality实验室的研究人员公开了一款合成味觉的交互设备原型，它通过电流和温度来模拟人类几种原始味觉。

人类在进食的时候，舌头味蕾会产生相应的生物电，并传到大脑，让我们食而知其味。这款设备的原理也有几分相似：通过不同的电流和温度刺激，来产生一些原始的味道，比如说酸甜苦辣。这款设备包涵两个重要部件组成：可以产生不同频率的低压电极（直接夹着用户舌头），还有Peltier温度控制器。

从实际测试来看，酸味和咸味是最容易被伪造出来，而甜味和苦味虽然也能做到，但是效果没它们那么明显。

对于不同的人类原始味觉，需要的参数也不同：

1 酸味：60-180uA的电流、舌头温度从20℃上升到30℃

2咸味：20-50uA的电流

3苦味：60-140uA的电流

4甜味：电流、舌头温度先升到35℃，再缓慢降低至20℃

5薄荷味：温度从22℃下降至19℃

6辣味：温度从33℃加热至38℃

虽然这项技术目前并没有商业化的成品可供体验，但从设备的制作难度和成本来看，这并不是一个门槛很高的装置。如果能够成功商业化的话，模拟味觉在某些料理类游戏中应该有着不错的应用场景。

其次，电刺激可以用来控制肌肉的运动：

功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）是指利用一定强度的低频脉冲电流，通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉，诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动，以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。最初这一项科技是用来为脊柱受损的残疾人重新获得自主运动的能力。但是随着技术的不断发展，功能性电刺激慢慢的也用在了其他的领域。

最著名的功能性电刺激应用是名侦探柯南同学的球鞋。目前还没看到通过电刺激让肌肉输出更强力量的实例，不过功能性电刺激接管肌肉并不科幻，技术门槛甚至可以低到创客水平。

利用功能性电刺激来遥控昆虫的早期研究由 DARPA（美国国防部先进计划研究署）赞助，他们希望把这种 “混合机器人”应用于救灾侦查等任务，因为昆虫的续航能力比目前同尺寸的机器人或者无人机更强。随着研究的成熟，致力于向更多人普及神经科学的 Barkyard Brains 开发了用于DIY赛博格蟑螂的 RoboRoach 套件，并且公开了实验课程，难度适合大学生和成人监护下的高中生。

瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员开发出了可以让瘫痪老鼠重新步行的“e-dura”植入设备。在实验中，将老鼠的中背部脊髓完全切断，同时在老鼠脑内的运动皮质和脊髓植入电极，读取脑内的运动意图，并且成功在脊髓复原神经信号，从而让瘫痪的老鼠恢复行走能力。

功能性电刺激的具体刺激方式目前主要有三种：表面式电刺激、经皮式电刺激和全植入式电刺激。表面式电刺激的准确度较差，表面电极甚至有可能因为姿态变化而移动，但是因为具有无创的优势，是目前的主流选择。   

功能性电刺激技术也可以用来帮助正常人，佐治亚理工学院教授以及谷歌眼镜的技术负责人Thad Starner 开发的手套能够通过电刺激促进肌肉记忆，让用户在“不知不觉”中学会弹钢琴。

或许有人会觉得电刺激技术和VR并没有什么直接的联系。我的看法是输入和输出往往相辅相成。电流能够刺激人的肌肉运动。也就能够检测肌肉的生物电实现体感识别，就像MYO臂环做的事一样。另外一方面，按照电影里的尿性，VR普及后，所带来的身体机能退化。也许可以通过电刺激的方式避免。

最后，电信号还可以用来模拟触觉：

触觉是接触、滑动、压觉等一系列机械刺激的总称，主要是由压力和牵引力作用于感受器而引起人的感受。除了传统的机械震动的方式。目前气动，和电刺激是新兴的2种模拟触觉的手段。

早在PS2的年代，就有一个名为Mindwire的外设，用电击来模拟角色被击中时打击感。只不过以当年的技术水平。除了模拟痛感之外，这一技术在还原真实的感官方面并没有什么卵用。

但随着技术的发展，电流除了单纯的让人产生疼痛感之外，还发展出了能够模拟触觉的技术。

Pedro Lopes是德国Hasso Plattner 学院人机互动实验室的研究员，近期发明了一种由两部分组成的设备，让玩家在戴着VR头盔时感受到撞击的力量。这个设备叫做“Impacto”，可戴在手臂或腿部，模拟撞击的感觉，比如一个足球撞到脚上，或者一个人拍打你的手臂的碰撞感。这个无线设备的其中一个组成部分提供了虚弱的震动感——与大部分触觉设备相似，就像你用Xbox手柄玩赛车时感觉到的震动。但是Impacto有趣之处是它的第二个部分，它会为你的肌肉连上了两个电极。它可以模拟与肌肉疲劳时所做物理治疗相同的肌肉电刺激。

“当这两个部分结合起来，你的大脑就会受骗——就像某种幻觉。”Lopes在接受Tech Insider采访时说道，“当触觉驱使你的肌肉移动的时候，大脑也有一部分的主导。”

当VR控制一切之后：

 著名的虚拟现实预言系大作《刀剑神域》中有个细节我一直很喜欢，被困在虚拟世界中的主角，无法自主进食，只能靠输液维持生命，在从虚拟世界中被拯救出来之后骨瘦如柴，甚至无法进行日常的运动和行走。这是我们今天要讨论的最后一个话题。当虚拟现实接管我们的五感之后，我们在现实世界中的身体要如何活下去。从代替食品这个意义上说，最有代表性的就是 Soylent，一家生产食品的终极替代品的公司。巧合的是，这家公司发展，曝光，融资的时间节点和VR技术发展的时间节点高度重合，甚至让人怀疑是不是有黑暗组织在背后主导着这一切。

抛开阴谋论不谈，公开的说法是这家公司的创始人 Rob Rhinehart 在实在没钱买食物的时候，从网上直接购买各种营养元素——这比去超市买菜做饭更便宜。在完全靠营养液之类的东西生活了一阵子之后，他创立了这家公司。今年1月，Soylent 完成了一轮2000万美元的A轮融资，投资方包括 Andreessen Horowitz 和 Index Ventures 等。Soylent 为用户提供“营养粉”，这种营养粉可以完全代替主食。“我们吃饭的目的有两种，一种是为了填饱肚子，一种是为了享受美食或者社交。” Rob 在接受《纽约客》采访的时候这样说。当你仅仅为了填饱肚子而吃饭的时候，用 Soylent 更简单也更经济实惠，甚至可能更健康。

去年10月，Soylent 正式像用户寄出了第一包“营养粉”。他们采用订阅模式，每月会给用户寄出当月所需的原料。这么说来，Soylent 似乎就是一家食品公司，和互联网似乎没什么关系。当然不是这样。Soylent 也是一家有“互联网思维”的食品公司。他们公司里工程师占到了团队很大的比重，产品配方的更新也非常快，并且还利用了“开源”的思维。Soylent 采用的原料都是公开市场可以买到的，他们也会公开自己的配方——可口可乐肯定不敢这样做。通过公开配方，Soylent 爱好者可以做出更多不同版本的营养粉，可能有不同的味道，或者适合不同体质的人群。当然中国也有自己的soylent。他的名字叫若饭。

    总的来说，虚拟现实技术厂商正在千方百计降低人们摘下头盔的冲动，也许插根营养管是其中的一种方式？

这些出发点和VR有关或是无关的黑科技，让我们看到了未来无数的可能性。科技向来就是这样，当我们想到的时候，就已经迈出了最重要的一步。剩下的无非是时间问题罢了。起码现阶段我们已经可以这样使用VR设备了。未来还会远吗？

（本文来自：VR新观察）

以上内容均为作者个人观点

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