半秒内降低10度，KAIST实时热传感VR手套项目公布

Esther｜撰文

随着VR技术不断发展，人们对于更沉浸的VR体验感需求也越来越高。仅依靠360°视觉模拟已经不够了，市面上还出现了全身体感反馈、气味模拟装置等外设产品，目的就是为了营造一个难以区分虚实的VR世界。

而对于体感反馈外设来说，又细分为触觉反馈、力反馈，甚至温度体感反馈等形式。近期，韩国科学技术院（KAIST）的科研人员就公布了一项关于体感手套的新研究，研究中指出了一种集成了压电传感器、柔性热电式传感器（TED）的无线一体式手套装置，特点是无需外部热电装置，可通过无线的方式与PC或VR接收或发送信息，实时模拟与虚拟软件同步的温度。

注：TED传感器是一种常见于加热器或制冷机的热量转换模组，能够根据珀尔帖效应，将电流转换为热流，达到温度调节的效果。根据电流方向的不同，TED模组可以产生加热或冷却的功效。传统TED模组结合硬性基底材质，并不够灵活，因此KAIST科研人员根据赛贝克热电效应原理，开发了一种柔性TED方案。

据悉，这套手套系统由软硬件两大部分组成：1）硬件部分——4个柔性TED传感器、11个压电传感器、一个界面主板、手套主体采用硅胶质地。传感器体积足够小，不影响手指伸展等活动。

2）软件部分——用于识别压电传感器输出的手势数据，计算出手指弯曲的角度，以此来模拟手部动作。另外，软件也用来配合界面主板的控制系统来模拟温感。

除了传感器外，该VR体感手套还集成了主板和电池，用来传输数据以及控制不同温度的体感反馈。原理方面，它是通过TED和压电传感器来触发皮肤表层对温度的刺激，进而传输模拟的体感温度。

简单来讲，KAIST研发的VR手套技术涉及到热量转换，通过实现对体感温差的模拟，来增强VR虚拟温度的逼真感，而不是实际上达到需要模拟的温度。

KAIST表示：人们在现实生活中与周围环境交互时，身体会通过接收外界的各种刺激，来分析环境并做出反应。而通常为了实现对皮肤的温度刺激，会使用液体循环装置或温差电元件，但体积较笨重，难以与紧凑的穿戴式手套集成。此外，传统温度模拟系统难以支持快速实时的温差变化。

因此为了解决上述问题，KAIST科研人员研发了一个集成一体式VR温度模拟手套方案。该方案中搭载的压电传感器可识别手部动作，而柔性热电式传感器则支持对皮肤的双向温度刺激。这种定制的柔性传感器足够耐用，可承受超过5000次弯曲，弯曲半径在20毫米内也足够灵活。

由于皮肤对温度的感知一定程度上与温差相关（比如手很凉的时候摸冰块不会特别冰，碰温水会觉得体感温度比实际更高），因此手套在模拟温度时也将人的体温元素考虑在内，在室温环境中降低10°C体感温度最快只需要半秒时间。

为了验证体感温度模拟与VR之间的关系和影响，KAIST科研人员进行了两次验证实验，结果发现触发皮肤对温度的刺激确实有助于提升VR的逼真感和沉浸感。所有男性参与者认为温感模拟有助于提升VR临场感，60%男性认为有助于提升逼真感，而80%女性认为温感模拟有助于提升VR临场感，70%女性认为有助于提升逼真感。

此外，人的潜意识会对VR中的特定颜色期待相应的温感刺激（可能指的是人对暖色调和冷色调会期待不同的温度），视觉刺激有助于在VR中对温度反馈的准确和快速识别，而且女性男性对温感刺激的反应时间也稍有不同。

不过，目前这款VR手套原型需要针对不同手型进行适配，短时间内难以作为C端产品推向市场。

科研人员表示：手套形式的外设用于VR/AR足够合适。考虑到人的双手是全身自由度最高（27DoF）的部位，也是身体最敏感的部位之一，可感知压力、震动、拉扯、疼痛、温度、轻触等体感反馈，因此用手套作为控制器来操控AR/VR虚拟物体的效果会更自然。

的确，未来为了达到电影《头号玩家》那样的VR沉浸感，只有视觉模拟是不够的，相信气味模拟、温度模拟、压力模拟等多种额外的体验感也同样重要。

参考：

https://www.nature.com/articles/s41598-020-68362-y

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