“表皮虚拟现实”为技术增添人性味

想象一下，与世界另一端的亲人牵手。或者在在线游戏“ Fortnite”中感到队友的轻拍。

西北大学的研究人员开发了一种新的瘦无线系统，可以为任何虚拟现实(VR)体验增添触感。该平台不仅可能为我们的长途关系和娱乐活动增加新的维度，而且该技术还可以为假肢提供感官反馈，并赋予远程医疗以人性化的感觉。

该设备被称为“表皮VR”系统，它通过嵌入薄，柔软，柔性材料中的微型振动执行器的快速可编程阵列来传递触摸。15厘米x 15厘米的片状原型可以舒适地层压在皮肤的曲面上，而无需笨重的电池和笨拙的电线。

“人们过去曾考虑过这种总体概念，但没有为具有正确特性或适当可扩展形式的现实技术提供清晰的基础。过去的设计涉及手动组装执行器，电线，电池以及内部和外部控制的组合硬件。”生物电子领域的先驱Northwestern的John A. Rogers说。“我们利用在可伸缩电子产品和无线电源传输方面的知识，将先进的架构(设计为与皮肤连接的可穿戴设备)组合在一起，从而收集了包括微型执行器在内的大量组件，而用户几乎没有负担。我们感到这是一个很好的起点，可以自然地扩展到全身系统以及成百上千的离散可编程致动器。”

“我们正在扩大虚拟现实和增强现实的界限和功能，”西北研究的黄永刚说，他与罗杰斯共同领导了这项研究。“与眼睛和耳朵相比，皮肤是一种相对未开发的感觉界面，可以显着增强体验。”

这项研究将于11月21日发表在《自然》杂志上。

罗杰斯是西北麦考密克工程学院的材料科学与生物医学工程学的路易斯·辛普森教授和金伯利·奎里教授，费恩伯格医学院的神经外科教授以及生物集成电子中心主任。

Huang是McCormick的Walter P. Murphy土木与环境工程教授和机械工程教授。

于心革，该论文的第一作者，曾是罗杰斯实验室的前博士后研究员，现为香港城市大学的助理教授。

怎么运行的

罗杰斯和黄的最先进的设备结合了32个分布式可编程毫米级执行器的分布式阵列，每个执行器在皮肤上的相应位置产生离散的触感。每个执行器都以每秒200个循环的速度产生最强烈的共振，此时皮肤表现出最大的灵敏度。

罗杰斯说：“我们可以通过图形用户界面快速，即时地调整每个执行器的频率和幅度。”“我们量身定制了设计，以最大程度地感知传递到皮肤的振动力的感觉。”

该补丁无线连接到触摸屏界面(在智能手机或平板电脑上)。当用户触摸触摸屏时，该触摸模式会传输到补丁。例如，如果用户在触摸屏上绘制“ X”图案，则设备通过与皮肤的振动界面同时且实时地以“ X”的形状产生感觉图案。

当从不同位置进行视频聊天时，朋友和家人可以互相接触并进行虚拟触摸-时延可以忽略不计，并且可以通过触摸屏界面控制压力和模式。

Huang说：“您可以想象，在可预见的将来与家人进行视频通话时，感知虚拟触摸可能会变得无处不在。”

促动器嵌入固有的柔软且略带粘性的有机硅聚合物中，而无需胶带或皮带即可粘附在皮肤上。该设备无需无线和电池，可通过近场通信(NFC)协议进行通信，该协议与智能手机中用于电子支付的技术相同。

罗杰斯说：“采用这种无线供电方案，我们完全不需要电池，因为它们的重量，尺寸，体积和有限的使用寿命。”“结果是一个薄而轻的系统，可以无限期地磨损和使用。”

资深人士描述了感觉反馈的重要性

每个人都可以想象如何将这种技术与VR头戴式耳机结合使用，以创造更多的交互性和身临其境的游戏或娱乐体验。但是对于美国陆军老兵加勒特·安德森(Garrett Anderson)来说，表皮VR可能为现实生活中的问题提供急需的解决方案。

2005年10月15日凌晨4点，安德森在伊拉克战争中遭到伏击，右手失去了肘部。

“一枚炸弹在我的卡车下爆炸，”安德森说。“它把整个发动机从汽车上吹了下来。然后弹片穿过汽车，切断了我的手臂，手臂被肌腱挂住了。”

安德森(Anderson)最近尝试将西北航空公司的系统与他的假肢整合在一起。当安德森将贴片戴在上臂上时，他的假肢指尖传递到他的手臂时会感觉到不适。振动的强度或多或少取决于他的握力。

“说我要抓鸡蛋或易碎的东西，”安德森说，他现在是伊利诺伊大学Chez Veterans Center的外展协调员。“如果我不能调节抓地力，那我可能会压碎鸡蛋。我需要知道我正在施加的抓地力，这样我才不会伤到任何东西或某人。”

``我的右臂从来没有感觉到它们''

当截肢者使用该设备时，体验将变得更加无缝。

罗杰斯解释说：“用户可以通过上臂的感官输入来感知假肢指尖的触摸能力。”“随着时间的流逝，您的大脑可以将手臂上的感觉转换为指尖上的替代感觉。它增加了一个感官通道，可以重现触摸感。”

安德森(Anderson)认为，该设备可能以减轻幻像疼痛的方式“欺骗”他的大脑。他还认为这可以使他以新的方式与孩子互动。

他说：“十五年前，我失去了手臂。”“我的孩子分别是13岁和10岁，所以我从来没有用右臂感觉到他们。我不知道当他们抓住我的右手时会是什么样。”

“起点”

Rogers将当前设备视为起点。他说：“这是我们对这种系统的首次尝试。”“除了在游戏和娱乐方面的明显机会之外，它对于我们今天无法想象的社交互动，临床医学和应用来说可能非常强大。”

他和黄先生已经在努力使当前设备更薄更轻。他们还计划开发不同类型的执行器，包括那些可能产生发热和拉伸感的执行器。例如，在使用热输入的情况下，一个人也许可以通过假肢指尖来感觉一杯咖啡有多热。

美国西北航空队认为，整个工程框架可以容纳数百个执行器，其尺寸明显小于目前使用的执行器，直径为18毫米，厚度为2.5毫米。

最终，这些设备可能会很薄且柔韧性足以编织成衣服。具有假肢的人可以穿着VR衬衫，通过指尖传达触摸感。连同VR头盔一起，游戏者可以穿着全套VR服，完全沉浸在梦幻般的风景中。

罗杰斯说：“虚拟现实是技术中非常重要的新兴领域。”“目前，我们只是以眼睛和耳朵作为体验的基础。该社区开发人体最大器官-皮肤的步伐相对较慢。我们的触觉提供了两人之间最深刻，最深层次的情感联系。人。”

这项研究“用于虚拟现实和增强现实的皮肤集成无线触觉界面”主要由生物集成电子中心提供资金，该中心是奎里·辛普森生物电子研究所的一部分，由西北大学的受托人路易斯·A得以实现。辛普森('96 P)和金伯利·奎里('20 P)。

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