在虚拟现实(VR)与增强现实(AR)技术蓬勃发展的当下,人们对沉浸式多感官体验的渴望愈发强烈。其中,触觉反馈作为实现物理感受虚拟世界的关键前沿领域,正成为科技研发的焦点。
然而,尽管目前配备振动马达或流体致动器的可穿戴触觉套装在提升真实感方面已取得显著进展,但如何向皮肤提供精确、多样且自然的触觉反馈,依然是横亘在科研人员面前的一道主要难题。这一挑战的核心,在于缺乏紧凑、轻便且高性能的触觉致动器。
不过,韩国科学技术院团队的一项研究成果为解决这一难题带来了曙光。该团队成功开发出一种薄而灵活的触觉致动器,其核心目标便是直接向皮肤传递丰富且细腻的触觉反馈。
要实现密集且多样化的触觉体验,触觉致动器必须兼具紧凑的体积和强大的反馈能力。针对这一难题,研究人员将目光投向了基于介电弹性体致动器(DEA)的新型解决方案。依据麦克斯韦应力现象,当给 DEA 施加电压时,它会显著地发生面积膨胀。研究人员将 DEA 与小压缩弹簧相结合,成功将这种面积扩展转化为线性位移。
最终,一个极为小巧的致动器诞生了。它的直径仅有 6 毫米,厚度不过 1.1 毫米。这个致动器能够产生从轻柔的压力到高频振动等各种触觉效果,而且功耗极低,不到 60 兆瓦。更令人惊叹的是,尽管它的重量轻至 32 毫克,却能产生足够的力量,足以举起 25 克的物体,展现出超高的能量密度和性能表现。
以这款高性能致动器为基础,团队进一步开发出了柔性触觉贴片。他们将九个这样的致动器密集排列在一个仅有指垫大小的区域内,并将整个贴片整合在一块薄而灵活的印刷电路板上。这款触觉贴片重量仅为 0.3 克,可以完美贴合皮肤的轮廓,不会给手指和手掌的自然运动带来丝毫阻碍,让使用者在佩戴时几乎感觉不到它的存在。
值得一提的是,每个致动器都能实现单独控制,这使得贴片具备了强大的动态渲染能力。它能够精准模拟虚拟对象的3D表面纹理,为使用者提供复杂多样的触觉反馈模式。无论是粗糙的岩石表面,还是光滑的丝绸质感,都能通过这款触觉贴片栩栩如生地呈现出来。
为了完善整个系统,团队还集成了反射式微传感器阵列,让触觉贴片不仅具备了提供触觉反馈的功能,还能够感知触摸。这种双向交互能力为虚拟现实环境以及用户之间的无线触觉通信开辟了全新的可能性。在未来的虚拟场景中,触觉信息可以实时进行编码、传输和重建,让使用者能够真正感受到如同在现实世界中一般的触觉体验。
展望未来,这种薄、灵活且轻便的可穿戴式触觉贴片无疑为下一代触觉致动器技术的发展指明了方向。它有望在 AR/VR 等领域发挥巨大的赋能作用,成为连接数字世界与现实世界的重要桥梁,让人们能够在虚拟与现实之间自由穿梭,享受前所未有的沉浸式体验。
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