藥明康德AI/報導
頂尖學術期刊《自然》上新近刊登了一篇“科幻級”的論文。論文裡科學家們開發了一種特殊的“觸感皮膚”，能夠讓人遠隔千里之外，就可感知他人的行為。戴上這款“觸感皮膚”，或許科幻電影裡的某些場景極有可能變成現實。
圖片來源：參考資料[1]
說到人類的感覺，大家平時可能更多感受到的是口渴和肚子餓，卻很少有人會主動關注皮膚的觸覺。觸覺是一種非常複雜的感覺，它是觸壓感、痛感、溫度等幾種不同感知系統的綜合產物，不僅會受到機械力的影響，還與化學能、熱能有關。因此，人類可以輕鬆模擬3D的視覺，可以製造出身臨其境的聲效，卻很少有人能完美還原人體的觸覺。
然而一支來自美國西北大學（Northwestern University）的研究團隊突破了這一瓶頸。John A. Rogers教授的研究團隊研發了一種無創、輕便的裝置，可覆蓋於皮膚表面，完美還原人類觸覺。該裝置通過機械振動的方式，實現電子可編程通信以及身體的感覺輸入，可作為虛擬現實（VR）和擴增實境（AR）設備，應用於假肢控制、電子遊戲等領域。
圖片來源：Pixabay
此前，其實也有類似“觸感皮膚”方案產生，不過大多都需要借助緊貼皮膚的多組電極產生振動來刺激皮膚，通常極易給皮膚造成痛感和損傷。所以，找到能產生目標反應的合適電壓和電流，又不給皮膚造成疼痛或電刺激損傷，這兩點是打造一款完美“觸感皮膚”的必備條件。
本項研究中，“觸感皮膚”裝置最核心的“中層”部分，用聚酰亞胺（PI）封裝的銅跡線、各式電子元件以及芯片，這些組件共同構成整個裝置的供電網絡和電力控制系統，且均採用無線控制的方式。
電子元件中包含許多致動器，每個致動器質量為1.4克。麻雀雖小，五髒俱全，致動器供電控制系統的設計卻十分精妙，它能控制裝置整體振動頻率和振動幅度，從而讓“皮膚”產生不同的觸感。針對本研究，研究人員將振動設定到了人類皮膚最敏感的頻率。
a: “觸感皮膚”結構示意圖；b-d：功能層，銅跡線和電子元件排布詳解；e-i:致動器層，致動器的組成和尺寸；j-l: “觸感皮膚”形態柔軟且具有韌性（圖片來源：參考資料[1]）
觸感的強度可通過振幅進行微調，通常幾微米的振幅差距，便會造成的不同的觸感強度。經優化設計，該“觸感皮膚”佩戴者的指尖和手上產生觸感的同時，不會感受到發熱效應。另外這項研究先進之處在於，不管是致動器的頻率還是振幅，都可以根據穿戴人員的需求，通過控制系統進行個性化設置。可以說這是一款極具個性化的VR裝置了。
那麽實際穿上這套科幻級別的“觸感皮膚”到底是什麽樣體驗呢？這樣的新型裝置對於人們的生活有何益處？
“觸感皮膚”生活化的應用（圖片來源：參考資料[1]）
我們可以看到上圖，小女孩與祖母視頻聊天的場景，祖母手臂上戴著的新型“皮膚”，雖與孫女遠隔千里，但她依然可以清晰地感受到孫女靈動活潑的小手在她手上撫過。還可以看到，傷殘人士在假肢上貼上“觸感皮膚”後，可真真切切地抓取實物，並用指尖感受著世界的溫度，從此假肢並不再是冷冰冰的機械元件了。當然，人們還可以在遊戲場景裡見到“觸感皮膚”的妙用，當玩家進行“戰鬥”類遊戲時，一個動作就能觸發一種相應的武器或招數，玩家便能更好地體會到沉浸式的樂趣。
不過，這套科幻級的“觸感皮膚”還是存在一定局限性。首先，相對於目前市面上的一些消費型智能穿戴產品來說，電流設定還是偏高；另外，其他組件中一部分能量或許會轉化為熱能，影響整體性能，且對於裝置的散熱性能是一個考驗；再者，優化後的致動器功率雖小，但該技術整體仍面臨功耗大的問題，這有可能製約該裝置在可持續性和無線性方面的發展。
縱然存在一定局限性，研究團隊對於取得這樣的技術突破表示興奮。通過本文所列舉的在社交媒體、醫護、電子遊戲領域的生活化應用，我們看到了這類“觸感皮膚”的巨大潛能；隨著時間推移，技術的精進，它有望應用於更細化的個性化康復、外科訓練、教育反饋及多媒體娛樂體驗等方面。研究人員表示，觸覺在虛擬現實和擴增實境的應用才剛剛開始，未來將有無限可能。
來源：Nature
題圖來源：Pixabay
參考資料：
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