用特殊物质刺激鼻子，这个VR系统能模拟薄荷油的“清凉”感

大数据文摘出品

来源：IEEE

编译：朱科锦

在过去的几年中，虚拟现实发展趋势迅猛，但是除去少数例外，大多数“现实”部分最终仅限于视觉和声音，当你戴上设备，插入耳机，就可以完成你的体验。

通常，出于技术原因，其他感官会被遗漏。当然，如果你愿意将手放在一个巨大的神秘盒子里，或者戴上一些连接着一对十分昂贵的机械手臂的昂贵的手套，你也可以感受到VR中的触摸和温度。

对于定制的实用VR，这样可能就够了。

但是对于需要让使用者身临其境的游戏的VR来说，很重要的一点是不要让硬件限制了玩家的游戏体验，任何需要更多供电系统以及限制玩家行动才能增加额外感官的设计都不够理想。

在VR中打造温度感的首选的硬件就是珀耳帖元件（Peltier element），该元件可以热电加热和冷却其附着的物体。它们性能很好，但是非常耗电，需要依靠电池，因此无法长期使用。

其他VR温度解决方案（例如加热灯）甚至更难使用。

芝加哥大学的研究人员提出了一种更加省电的可以在VR中产生不同的温度感的方法。这种方法通过侵入使用者的脸部来实现，使用特殊的化学物质去刺激鼻子中的三叉神经，VR可以让使用者因闻到的气味而感到冷热，同时使用者不会意识到自己闻到任何的气味。

三叉神经连接了人类大部分的面部和大脑，并且携带了大量的感觉信息，包括气味和温度。而实际的温度感应机制来自瞬态受体电势（TRP）离子通道。

在这里我们可以跳过这些离子通道的具体工作原理，但重要一点是，这些TRP通道中的某些通道可能会因皮肤温度或某些雾化化学品而产生反应。你肯定有过以下亲身经历：闻到薄荷味时，会感到凉快，因为薄荷味中的薄荷醇会触发三叉神经中一种称为TRPM8的受体，该受体对薄荷醇和25°C以下的温度均产生反应。此外，辣椒素（可以在辣椒中找到）触发TRPV1受体，该受体也对42°C以上的温度产生反应。

这就是关键点：一种受体既可以感受温度，也可以被化学物质触发，但会向大脑发送相同的温度感官信息。研究人员将其描述为 “感知上的双重性”，如果将其中一种化学物质雾化并吹到你的鼻子上，你就会感到温度变化。

尽管气味会触发温度感觉，但对于虚拟现实而言，如果你只是想要传递温度，而你却总是闻到一些特殊的气味，那么这是无济于事的。幸运的是，纯辣椒素本身并没有任何气味，因此它可以触发三叉神经中的TRPV1受体，让用户的脸感觉到热，但用户却闻不到任何异味。

第一作者Jas Brooks在描述温暖的感受时，回答说：“温度的感觉主要集中在面部，并且与呼吸息息相关。我什么都没闻到，但我感觉越来越温暖，好像我的脸被日光照射了一会儿。”

冷的感觉却颇为棘手，因为薄荷醇具有强烈而独特的气味，因此研究人员尝试使用桉油精激活TRPM8受体。桉树油也具有可检测到的气味，但它没有那么独特。就像Brooks所描述的那样：“桉树油的效果甚至更强烈：在这种气体中呼吸就像在吸入了凉爽新鲜的空气一样。不幸的是，您可能会注意到桉树油的绿色的气味，但是与薄荷醇（很容易被识别为薄荷味）相比，它更难识别。”

他们补充说：“我们能够在VR中体验到的冷/热感觉都很真实，但绝对不如直接加热/冷却空气或皮肤那么强烈。”

Brooks说，桉树精附带的气味的处理方法有几种。理想情况下，他们能够找到一种像辣椒素那样的化学物质（没有任何可闻到的气味），还有像icilin这样合成化学物质的备选，该物质触发TRPM8的能力是薄荷醇的两倍。还有一种选择就是利用虚拟现实本身来掩盖气味，具体方法是用匹配VR中发生的事件的更强的气味掩盖它们。

如果这些方法都还不够好，研究人员就会开发出一种最终选择，称为粉红气味。粉红气味类似于粉红噪声，与白噪声相似，这是一种实际用途是通过产生静电来掩盖其他噪声。白噪声本质上是随机噪声，而粉红噪声是经过均衡的随机噪声，因此每个八度音阶中的能量相等（使声音听起来更低沉）。粉红气味试图像粉红噪声一样，使用平衡的无法识别的气味来淹没用户可能识别的任何其他气味。

“这是一种令人困惑的感觉，” Brooks说，“这正是它的目的。用户可以立即闻到某种气味，但是我们（作者们）尝试的时候很难辨认出具体某一种气味，即使是薄荷醇也无法识别”。

气味传递系统很小，包括电池在内重量才100克多一点。它仅消耗0.25W的功率，比典型的Peltier元件少20至50倍。Brooks说：“能源效率就是一切。最终，任何形式的VR/AR新模式都只有在移动不受限制的情况下才会成功。如果我们想获得便携式的温度感受体验，则该设备需要具有高能效。”

三个1mL的液体小瓶可提供近6个小时的持续的温度变化，该设备每六秒钟将雾化的粉扑吹向使用者的鼻子一次。

以下视频展示了实际的效果：

https://youtu.be/pH68GNkb_fA.be/pH68GNkb_fA

该设备的迭代可以实现不同等级的热冷感觉，并通过改变化学物质的雾化频率来改变强度，从而导致用户更多或更少地吸入化合物。

Brooks表示，他们还准备研究其他的可以代表不同温度水平的TRP通道，以及其他很多不同种类的可产生更强温度感的合成化合物。研究人员也在考虑是否存在通过电刺激激活这些通道的方法，如果存在，他们是否可以激活身体其他部位的TRP通道。

相关报道：

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/gaming/vr-system-hacks-your-nose-to-turn-smells-into-temperature