新型触觉反馈装置：让你在虚拟现实中拥有触觉！

导读

据美国卡内基梅隆大学官网报道，该校研究人员开发出一款新装置，采用连接在手部和手指上的许多细线，模拟障碍物和重物的触感，从而使虚拟现实系统的用户能够感受到触摸物体的感觉。

虚拟现实（Virtual Reality），是时下非常流行并已广泛商用的一项新兴技术。

(图片来源：Chernaev/Getty)

它集计算机、电子信息、人机接口等技术于一体，利用“幻境”模仿现实。简单说，这种“幻境”就是由计算机生成的虚拟环境，它融合了多源信息，也为我们带来了交互式的互动体验。

AxonVR 虚拟现实平台原型，它由一个全身套装和肢体辅助装置组成，让你的全身都可以与虚拟世界进行交互，享受完全、完整的沉浸感。（图片来源：AxonVR）

虚拟现实系统为我们带来的这种沉浸式的交互体验，主要表现在视觉与听觉方面的享受。然而，科学家们正在努力使这种沉浸式体验变得更加丰富多彩。

举例来说，笔者介绍过一种“虚拟食物”系统，它使用电子器件模仿真实食材的味道和感觉。这种技术可以给虚拟现实系统增加味觉输入，也可以增强现实世界的用餐体验，特别是帮助那些饮食上受限制，或者因健康问题影响饮食能力的人。

近日，美国卡内基梅隆大学的研究人员希望使虚拟现实系统的用户能够感受到物体的触觉，特别是墙壁、电器与家具。他们开发出一款新装置，采用连接在手部和手指上的许多细线，模拟障碍物和重物的触感。

（图片来源：卡内基梅隆大学）

例如，当用户的手贴近虚拟墙壁时，该装置通过拉紧这些细线，模拟出触摸墙壁的感觉。类似地，这种细线机制也会使人们感受到虚拟雕塑的轮廓，以及推动某件家具时的阻力，或者与虚拟角色击掌的感觉。

模拟触摸墙壁（图片来源：卡内基梅隆大学）

模拟触摸雕塑（图片来源：卡内基梅隆大学）

模拟与虚拟角色击掌（图片来源：卡内基梅隆大学）

本月将从卡内基梅隆大学毕业并获得机械工程与人机互动联合学位的 Cathy Fang 表示，这款肩扛式装置利用弹簧承载的细线减轻重量，消耗的电池电量更少，并能降低成本。

（图片来源：卡内基梅隆大学）

卡内基梅隆大学人机交互研究所（HCII）助理教授 Chris Harrison 表示：“墙壁、家具以及虚拟角色等元素是构建沉浸式虚拟世界的关键，目前同一时期的虚拟现实系统只能提供让手部有振动感的控制器。”根据论文合著者 Harrison、 Fang、机器人研究所工程师 Matthew Dworman 以及 HCII 博士研究生 Yang Zhang 的报道，用户对这款多细线装置评估发现，它比其他触觉技术更加真实。

Fang 指出：“我认为这种体验创造了惊喜，比如当你与金属围栏互动时，可以用手指抓住它。探索对于不规则物体例如雕塑的感觉也很有意思。”

研究团队的论文被“CHI 2020（Conference on Human Factors in Computing Systems）”评为最佳论文，这个会议原定于4月召开，但是由于新型冠状病毒肺炎疫情而取消。相关论文发表在美国计算机协会数字图书馆的会议论文集中。

其他研究人员也曾采用这些细线在虚拟世界中创造出触觉反馈，但是他们通常采用马达控制这些线。可是，卡内基梅隆大学的研究人员希望设计一个系统，不仅足够轻，以适合用户穿戴，而且对于用户来说价格也很合理，所以马达并不合适。Fang 表示：“马达的缺点是耗电太多而且沉重。”

团队没有采用马达，而是采用弹簧承载的卷线器，类似于钥匙链或者识别证中的卷线装置。他们添加了一个棘轮机构，可以通过电控锁快速锁紧。也就是说，是通过弹簧而不是马达，绷紧这些细线。电控锁耗费的电量很少，所以系统是高能效的，且可以用电池来供电。

（图片来源：卡内基梅隆大学）

研究人员实验了几种不同的线和线的放置方式，最终总结出每个指尖连接一根线，手掌连接一根线，手腕连接一根线，将带来最佳体验。在虚拟现实头戴式装置上安装一个追踪手部和手指运动的 Leap Motion 传感器，当感知到用户的手正在靠近虚拟墙壁或者其他障碍物时，棘轮会按照适合那些虚拟物体的顺序啮合。当用户将手收回时，电控锁便会松开。

整个装置的重量不到10盎司。研究人员估计，量产版本的成本将低于50美元。

（图片来源：卡内基梅隆大学）

Fang 表示，这款系统将适合涉及与物理障碍或者物体互动的虚拟现实游戏和体验，例如迷宫，也可用于访问虚拟博物馆。特别是在无法实地参观零售店的特殊时期，她补充道：“你也可以通过它在线上家具店买东西。”

（图片来源：卡内基梅隆大学）

（图片来源：卡内基梅隆大学）

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参考资料

【1】https://www.cs.cmu.edu/news/new-device-simulates-feel-walls-solid-objects-virtual-reality

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