药明康德AI/报道
今日，顶尖学术期刊《自然》上刊登了一篇“科幻级”的论文。论文里科学家们开发了一种特殊的“触感皮肤”，能够让人远隔千里之外，就可感知他人的行为 。戴上这款“触感皮肤”，或许科幻电影里的某些场景极有可能变成现实。
说到人类的感觉，大家平时可能更多感受到的是口渴和肚子饿，却很少有人会主动关注皮肤的触觉。触觉是一种非常复杂的感觉，它是触压感、痛感、温度等几种不同感知系统的综合产物，不仅会受到机械力的影响，还与化学能、热能有关。因此，人类可以轻松模拟3D的视觉，可以制造出身临其境的声效，却很少有人能完美还原人体的触觉 。 然而一支来自美国西北大学（Northwestern University）的研究团队突破了这一瓶颈。John A. Rogers教授的研究团队研发了一种无创、轻便的装置，可覆盖于皮肤表面，完美还原人类触觉 。该装置通过机械振动的方式，实现电子可编程通信以及身体的感觉输入，可作为虚拟现实（VR）和增强现实（AR）设备 ，应用于假肢控制、电子游戏等领域。
图片来源：Pixabay
此前，其实也有类似“触感皮肤”方案产生，不过大多都需要借助紧贴皮肤的多组电极产生振动来刺激皮肤，通常极易给皮肤造成痛感和损伤 。所以，找到能产生目标反应的合适电压和电流，又不给皮肤造成疼痛或电刺激损伤，这两点是打造一款完美“触感皮肤”的必备条件。 本项研究中，“触感皮肤”装置最核心的“中层”部分，用聚酰亚胺（PI）封装的铜迹线、各式电子元件以及芯片，这些组件共同构成整个装置的供电网络和电力控制系统，且均采用无线控制的方式 。 电子元件中包含许多致动器，每个致动器质量为1.4克。麻雀虽小，五脏俱全，致动器供电控制系统的设计却十分精妙，它能控制装置整体振动频率 和振动幅度 ，从而让“皮肤”产生不同的触感。针对本研究，研究人员将振动设定到了人类皮肤最敏感的频率。
▲ a: “触感皮肤”结构示意图；b-d：功能层，铜迹线和电子元件排布详解；e-i:致动器层，致动器的组成和尺寸；j-l: “触感皮肤”形态柔软且具有韧性（图片来源：参考资料[1]）
触感的强度可通过振幅进行微调，通常几微米的振幅差距，便会造成的不同的触感强度。经优化设计，该“触感皮肤”佩戴者的指尖和手上产生触感的同时，不会感受到发热效应。另外这项研究先进之处在于，不管是致动器的频率还是振幅，都可以根据穿戴人员的需求，通过控制系统进行个性化设置 。可以说这是一款极具个性化的VR装置了。 那么实际穿上这套科幻级别的“触感皮肤”到底是什么样体验呢 ？这样的新型装置对于人们的生活有何益处？
▲ “触感皮肤”生活化的应用（图片来源：参考资料[1]）
我们可以看到上图，小女孩与祖母视频聊天的场景，祖母手臂上戴着的新型“皮肤”，虽与孙女远隔千里，但她依然可以清晰地感受到孙女灵动活泼的小手在她手上抚过。还可以看到，伤残人士在假肢上贴上“触感皮肤”后，可真真切切地抓取实物，并用指尖感受着世界的温度，从此假肢并不再是冷冰冰的机械元件了。当然，人们还可以在游戏场景里见到“触感皮肤”的妙用，当玩家进行“战斗”类游戏时，一个动作就能触发一种相应的武器或招数，玩家便能更好地体会到沉浸式的乐趣。 不过，这套科幻级的“触感皮肤”还是存在一定局限性 。首先，相对于目前市面上的一些消费型智能穿戴产品来说，电流设定还是偏高；另外，其他组件中一部分能量或许会转化为热能，影响整体性能，且对于装置的散热性能是一个考验；再者，优化后的致动器功率虽小，但该技术整体仍面临功耗大的问题，这有可能制约该装置在可持续性和无线性方面的发展。 纵然存在一定局限性，研究团队对于取得这样的技术突破表示兴奋。通过本文所列举的在社交媒体、医护、电子游戏领域的生活化应用，我们看到了这类“触感皮肤”的巨大潜能；随着时间推移，技术的精进，它有望应用于更细化的个性化康复、外科训练、教育反馈及多媒体娱乐体验等方面。研究人员表示，触觉在虚拟现实和增强现实的应用才刚刚开始，未来将有无限可能。
[1] Skin-integrated wireless haptic interfaces for virtual and augmented reality Retrieved Nov 19, 2019 from https://doi.org/10.1038/s41586-019-1687-0
[2] Virtual and augmented reality enhanced by touch Retrieved Nov 20, 2019 from https://nature.com/articles/s41586-019-1687-0
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