可觸摸的元宇宙——5月30日，西湖大學(xué)發(fā)表最新虛擬現(xiàn)實(shí)交互領(lǐng)域研究成果，在國(guó)際上首次提出并開(kāi)發(fā)了“高保真主動(dòng)機(jī)械觸感交互系統(tǒng)”，為元宇宙帶來(lái)了全新的觸覺(jué)感知維度。

倫敦時(shí)間5月29日16:00，Nature Machine Intelligence（《自然-機(jī)器智能》）在線(xiàn)發(fā)表了西湖大學(xué)姜漢卿團(tuán)隊(duì)的該項(xiàng)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(xué)了解到，這項(xiàng)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(shù)，讓VR眼鏡里的虛擬世界不僅可見(jiàn)、可聽(tīng)，還可“觸摸”。

眾所周知，當(dāng)前的VR交互，僅可提供視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，呈現(xiàn)的是一個(gè)僅可遠(yuǎn)觀、卻無(wú)法觸碰的虛擬空間，而觸覺(jué)恰恰是人類(lèi)獲得主體感的關(guān)鍵——在人類(lèi)的五感（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)）中，視、聽(tīng)覺(jué)在信息接收方面居于主導(dǎo)地位，味、嗅覺(jué)處于輔助地位，觸覺(jué)則居于根本地位（我們據(jù)此獲得物主感，這是區(qū)分主體和客體的關(guān)鍵）。

研究者們?cè)?jīng)嘗試過(guò)很多種“解決”方案，大多是通過(guò)震動(dòng)或壓力代償創(chuàng)造“被動(dòng)觸感”：例如具有振動(dòng)功能的手柄；柔性電子科學(xué)家、西北大學(xué)John Rogers院士發(fā)明的可以貼在皮膚上的振動(dòng)馬達(dá)；以及Meta在2021年發(fā)布的觸覺(jué)感知手套，通過(guò)氣囊壓迫給予用戶(hù)抓取物體時(shí)的觸感……然而，這些“觸感”就如同你的手機(jī)忽然振動(dòng)了一下，或者是坐在4D電影院里突然感受到座椅的晃動(dòng)，你的體感都是由設(shè)備出發(fā)、給予你一種被動(dòng)的交互體驗(yàn)，距離日常生活中真實(shí)的、由人類(lèi)主動(dòng)觸發(fā)的“觸覺(jué)”還差距甚遠(yuǎn)。

最前沿的VR和元宇宙，怎么會(huì)因?yàn)閭鹘y(tǒng)的折紙藝術(shù)而破局？

澎湃新聞了解到，姜漢卿在2021年6月結(jié)束了在美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)十五年的任教，正式加盟西湖大學(xué)。在西湖大學(xué)，他最早啟動(dòng)的課題之一就是柔性電子與軟/硬異質(zhì)性材料研究，即“折紙機(jī)械超材料”。這指的是并非自然形成，而是人為構(gòu)造的材料結(jié)構(gòu)，材料的性能不依賴(lài)于材料的分子結(jié)構(gòu)或者晶體結(jié)構(gòu)本身，主要依賴(lài)于其精巧的構(gòu)型里面的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

“折紙材料可能很軟，但是依賴(lài)于不同的折疊方式，折紙結(jié)構(gòu)又會(huì)變得很硬，基于折紙結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，就可以隨時(shí)調(diào)節(jié)軟硬程度。”姜漢卿萌生了把“折紙”和元宇宙結(jié)合起來(lái)的念頭。

擺脫當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)交互的固有思維定式，姜漢卿創(chuàng)造了“主動(dòng)觸覺(jué)”這個(gè)新概念——不同于肩、胸、腰、背等人類(lèi)身體通常接收“被動(dòng)觸覺(jué)”的部位，人的手和腳通常是主動(dòng)出擊，通過(guò)主動(dòng)觸摸去感知物理世界。研究團(tuán)隊(duì)選擇從“機(jī)械觸感”（即剛度，物品的軟硬觸感）入手，模擬手和腳主動(dòng)觸摸物體時(shí)的感覺(jué)。

高保真主動(dòng)機(jī)械觸感交互系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)

他們研發(fā)了一套“高保真主動(dòng)機(jī)械觸感交互系統(tǒng)”，利用不同材質(zhì)、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(fā)局部觸感的手持式裝置,與一種可以產(chǎn)生全身體感的腳踏式裝置。在使用手持式交互裝置時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)主動(dòng)抓握，體驗(yàn)其所交互的不同物品的軟硬程度；在使用腳踏式裝置時(shí)，用戶(hù)則可通過(guò)主動(dòng)踩踏，以全身運(yùn)動(dòng)的形式體驗(yàn)其所處的環(huán)境地面特性。

這種主動(dòng)機(jī)械觸感的實(shí)現(xiàn)，正是源于硬件設(shè)備內(nèi)部曲面折紙結(jié)構(gòu)在交互過(guò)程中、由用戶(hù)主動(dòng)觸發(fā)的被動(dòng)變形——在電機(jī)的配合作用下，曲面折紙能彎曲成不同的角度，也會(huì)產(chǎn)生不同大小的反力，從而給予用戶(hù)手足不同的“彈性”反饋。

這種觸覺(jué)的變化傳遞給大腦，大腦就會(huì)根據(jù)“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(huì)根據(jù)腳所傳遞的剛度反饋，來(lái)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(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所觸，所處即所踏”。

據(jù)西湖大學(xué)介紹，接下來(lái)，姜漢卿研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)尋找多模式的感知、還原更完整的觸覺(jué)，在形態(tài)上，他們正在嘗試和柔性電子整合，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)觸覺(jué)與被動(dòng)觸覺(jué)的結(jié)合，以及努力用折紙實(shí)現(xiàn)更大尺度的體驗(yàn)，在更大的場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)交互。

（來(lái)源：澎湃新聞）