香港城大研发无线柔性“电子皮肤” 可于虚拟世界达至触感互动

2023-02-27
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通过互联网感受彼此的拥抱再不是遥不可及的幻想。香港城市大学(城大)研究团队最近开发一套无线、柔软的“电子皮肤”(e-skin),能够同步兼具感应、传递触感、和令触感再现的双重功能,并可形成一个用户对应多个用户的触感互动网络,对提升远程通信的沉浸式体验,有庞大应用潜力。

香港城大生物医学工程学系副教授于欣格博士说:“随着虚拟现实(virtual reality, VR)和增强现实(augmented reality, AR)技术不断发展,单纯提供视觉、听觉的感受,已经不足以建构完整的沉浸式体验,而触感通信将会为‘元宇宙’之间的互动带来革命性影响。”

现在市面上有不少触感界面设备,可在虚拟世界内里摸拟触觉感受,但同一界面只能提供触感感应或触觉反馈的单向功能。新研发的电子皮肤则综合了上述两项功能,为一套可同时提供触感信息感应和触觉感受重现的双重界面。

皮肤贴片装置提供触感信息传感和触感再现的综合功能

团队研发的电子皮肤有16颗柔软的“致动器”(同为传感器),以“4X4”颗的阵式排列,另有一个微型控制器、一个蓝牙装置,以及一块备有不同电子器件的柔性电路板。全部组件合成以后,成为一块长10厘米、宽7厘米、厚度4.2毫米的“电子皮肤贴片”。

尤如按钮的致动器是电子皮肤核心部分,面积相当于港元一毫硬币。每一颗致动器具有一套柔性线圈、一个软硅胶支架、一块磁铁和一层聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)薄膜;可通过电磁感应来运作,达至触感感应和触觉反馈感应的功能。

当有外力按压和松开致动器,致动器内的组件会因电磁感应引发电流,再向另一电子皮肤的相应致动器传递电子信号。而当发送者愈用力、愈深入按压致动器,另一电子皮肤所产生的触觉再现就会愈强烈,持续时间亦会愈长。

电子皮肤内的电路板有一套“模数转换器”(analog-to-digital converters),可将致动器产生的电子信号转换为数据信息,再通过蓝牙将信息传送至另一套电子皮肤的致动器。

当接收一方的电子皮肤收到相关信号,就会再次产生电流和引发物理振动,从而再现触觉反馈感应。整个过程可相反运作,倒转由接收一方的电子皮肤向发送者的相应致动器,传送触感振动信息。

虽然每一颗致动器只能同时执行一项功能,但电子皮肤的其余15颗致动器可相互补足,执行传感或触感再现的工作,令这一套新研发的电子皮肤可实现同步的双向触感传送。

触感物联网具备广泛应用潜力

于博士说:“我们的电子皮肤可以与蓝牙设备相互通信,再通过互联网传输数据至智能手机或电脑,实现远距离的触感传送,形成一对一或者一对多用户的触感物联网(IoT)系统。不同地方的亲朋好友将可通电子皮肤来‘感受’彼此。这一套新研发的触感模式可克服地域限制,大大减低人际间交流的距离感。”

研究团队下一步将专注于视障人士佩戴电子皮肤的实际应用,例如执行远程定向引导、或阅读点子盲文等功能。

上述研究成果已于科学期刊《科学进展》(Science Advances)上发表,题为〈Touch IoT enabled by wireless self-sensing and haptic-reproducing electronic skin〉。

这套柔软、可弯曲的电子皮肤适合附贴于身体不同部位使用

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