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西湖大學最新虛擬現實交互領域突破：首次開發元宇宙觸覺感知環球即時

2023-05-30 14:42:33 來源：澎湃新聞分享

可觸摸的元宇宙——5月30日，西湖大學發表最新虛擬現實交互領域研究成果，在國際上首次提出并開發了“高保真主動機械觸感交互系統”，為元宇宙帶來了全新的觸覺感知維度。

倫敦時間5月29日16:00，Nature Machine Intelligence（《自然-機器智能》）在線發表了西湖大學姜漢卿團隊的該項研究成果“Active Mechanical Haptics with High-Fidelity Perceptions for Immersive Virtual Reality”。

(資料圖片)

澎湃新聞從西湖大學了解到，這項研究借鑒了古老的東方手工技藝“折紙”，這意味著他們借鑒折紙藝術，讓VR眼鏡里的虛擬世界不僅可見、可聽，還可“觸摸”。

眾所周知，當前的VR交互，僅可提供視覺與聽覺體驗，呈現的是一個僅可遠觀、卻無法觸碰的虛擬空間，而觸覺恰恰是人類獲得主體感的關鍵——在人類的五感（視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺）中，視、聽覺在信息接收方面居于主導地位，味、嗅覺處于輔助地位，觸覺則居于根本地位（我們據此獲得物主感，這是區分主體和客體的關鍵）。

研究者們曾經嘗試過很多種“解決”方案，大多是通過震動或壓力代償創造“被動觸感”：例如具有振動功能的手柄；柔性電子科學家、西北大學John Rogers院士發明的可以貼在皮膚上的振動馬達；以及Meta在2021年發布的觸覺感知手套，通過氣囊壓迫給予用戶抓取物體時的觸感……然而，這些“觸感”就如同你的手機忽然振動了一下，或者是坐在4D電影院里突然感受到座椅的晃動，你的體感都是由設備出發、給予你一種被動的交互體驗，距離日常生活中真實的、由人類主動觸發的“觸覺”還差距甚遠。

最前沿的VR和元宇宙，怎么會因為傳統的折紙藝術而破局？

澎湃新聞了解到，姜漢卿在2021年6月結束了在美國亞利桑那州立大學十五年的任教，正式加盟西湖大學。在西湖大學，他最早啟動的課題之一就是柔性電子與軟/硬異質性材料研究，即“折紙機械超材料”。這指的是并非自然形成，而是人為構造的材料結構，材料的性能不依賴于材料的分子結構或者晶體結構本身，主要依賴于其精巧的構型里面的結構細節。

“折紙材料可能很軟，但是依賴于不同的折疊方式，折紙結構又會變得很硬，基于折紙結構的機器人，就可以隨時調節軟硬程度。”姜漢卿萌生了把“折紙”和元宇宙結合起來的念頭。

擺脫當前虛擬現實交互的固有思維定式，姜漢卿創造了“主動觸覺”這個新概念——不同于肩、胸、腰、背等人類身體通常接收“被動觸覺”的部位，人的手和腳通常是主動出擊，通過主動觸摸去感知物理世界。研究團隊選擇從“機械觸感”（即剛度，物品的軟硬觸感）入手，模擬手和腳主動觸摸物體時的感覺。

高保真主動機械觸感交互系統的局部結構

他們研發了一套“高保真主動機械觸感交互系統”，利用不同材質、不同尺寸的折紙模塊搭建了兩種不同維度的交互裝置：一種可引發局部觸感的手持式裝置,與一種可以產生全身體感的腳踏式裝置。在使用手持式交互裝置時，用戶可通過主動抓握，體驗其所交互的不同物品的軟硬程度；在使用腳踏式裝置時，用戶則可通過主動踩踏，以全身運動的形式體驗其所處的環境地面特性。

這種主動機械觸感的實現，正是源于硬件設備內部曲面折紙結構在交互過程中、由用戶主動觸發的被動變形——在電機的配合作用下，曲面折紙能彎曲成不同的角度，也會產生不同大小的反力，從而給予用戶手足不同的“彈性”反饋。

這種觸覺的變化傳遞給大腦，大腦就會根據“軟硬”做出判斷：抓到的是棉花，是木板，還是鋼球……如果把手換成腳，大腦同樣會根據腳所傳遞的剛度反饋，來判定人是走在馬路上、草地上，還是踩在冰上……由此，在元宇宙的虛擬世界中，就可以實現“所見即所觸，所處即所踏”。

據西湖大學介紹，接下來，姜漢卿研究團隊將繼續尋找多模式的感知、還原更完整的觸覺，在形態上，他們正在嘗試和柔性電子整合，實現主動觸覺與被動觸覺的結合，以及努力用折紙實現更大尺度的體驗，在更大的場景中實現交互。

（來源：澎湃新聞）

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[責任編輯：ruirui]

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