机器接管触觉——缸中之人还有多远(下)

本文来自 PingWest 品玩特约作者啸语,首发于他的同名微信公众号。“原创技术观察,写给万分之一的创新者”。

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第三种模拟触觉反馈是电触觉技术,不过上图这种绅士的产品只是应用了电触觉领域的一些皮毛而已,有兴趣测评的同学自行淘宝

电刺激触觉反馈是采用表面电极刺激、神经肌肉刺激、静电刺激方式产生力觉或触觉感受的生物刺激方式。电触觉主要的刺激位置集中在人体的皮肤、舌头以及手指等部位,特别是舌头和手指尖部位的机械感受器分布密集,分辨率高 (我会告诉你某些奇怪部位的电触觉研究存在实验数据空白吗)。

触觉包括振动感、压力感、粗糙感、刺痛感等,但是通过电刺激模拟触觉所针对的是振动感和压力感,而其他触觉比如粗糙度、滑觉和摩擦感等,可以通过振动和压力的组合实现。比如通过电极进行循环刺激,可以模拟出相应的滑觉以及不同方向的压力感,以达到触觉再现的目的。随着电流强度的增强, 人体皮肤可以依次感觉到:痒、触觉、麻、 疼痛等感觉,通过研究适当的电流波形、电极形状及电流的频率、强度,可以使人产生身临其境的感觉。电刺激触觉技术可以为戴有厚手套的宇航员弥补失去的触觉,在遥控操作系统也非常重要。

电触觉具有诸多优点,因而受到越来越多的重视:

1.相对于上文提到的振动式触觉手套,无可动机械部件,简单易行,成本低;

2.轻便且易于小型化,结构灵活性较高;

3.易于集成且分辨力高,刺激频率更加灵活,即时性好,在刺激精度方面,电刺激式触觉反馈阵列的两点辨别阈目前可达到 2.2 毫米;

4.功耗低,能量转换效率高,不发热,无机械惯性且无噪声;

5.易于和计算机连接以及控制。

神经肌肉刺激式触觉反馈比较特殊,并不是刺激用户的皮肤,而是通过植入电极直接刺激体感皮层,从而欺骗大脑。这对于假肢用户十分重要,因此 DARPA(美国国防部先进计划研究署)对于该领域有相当投入。由于刺激电极侵入到皮肤内,并有损坏神经肌肉系统的可能性,目前很难应用。但是以无需手术为前提的植入式刺激技术也开始出现,我会在后续关于脑机接口的文章中介绍其原理。

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美剧《硅谷》第二季中,致力于改变世界的 hooli XYZ 部门的“登月项目”,给猴子做了一套读取大脑皮层的非侵入式肌电假肢,然后猴子用这个假肢撸…

除了数据手套,电触觉技术在现有电子设备上也有用武之地:

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来自芬兰的 Senseg 公司利用电触觉技术将触摸屏变为“感知屏(Feelscreens)”,为现有的触摸界面增添触觉效果,模仿实体质感,边缘和轮廓。Senseg 展示的案例包括窗户上冰花的触觉,以及沥青公路、沙子、石子路等。触觉反馈对于触屏来说更有意义,因为手指在操作触屏时会挡住画面。将电触觉技术应用在移动电子设备上面对于盲人的意义更加重大,比如盲人可以直接用手摸屏幕阅读,甚至感受图片。

Senseg 技术在现有触控板,触摸屏上扩展,对于产品复杂性影响相对较小。因此有传闻苹果公司正在与 Senseg 寻求合作。以苹果的办事风格,Touch ID 这样革命性的技术肯定直接秘密收购,目前尚未推出产品的原因可能是电触觉技术还存在诸多问题:

1.电刺激触觉的主要缺点在于容易引起麻刺、振动和灼烧等不舒服感觉,一致性较差。采用一定的电极分布和刺激波形可有效地消除刺痛感。

2.用户感觉到的几何形状轮廓往往不够清晰,对于这一问题,有研究者利用电流的矢量本质,采用矢量电流法实现电触觉再现,在克服边缘模糊效应问题方面效果较好。

3.此外,由于人体具有感觉适应性,随着使用时间延长,用户对电刺激的适应性及环境的变化容易对于触觉再现的效果产生负面影响,这就要求经常调整刺激电流。

以上就是电触觉技术尚未大规模进入消费电子领域的原因。

最后,利用电流变流体材料在电场作用下由液体转变成固体的相变特性,或者形状记忆合金在改变温度时发生变形的特性进行触觉反馈的思路也有人提出,但是离实用化的差距更大。

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