觸覺技術(shù)未來如何發(fā)展

先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實（VR）以其復(fù)雜巧妙的圖形和音頻欺騙我們的感官，讓我們對虛擬提示做出本能的反應(yīng)。VR和增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）固然在游戲領(lǐng)域地位卓著，但目前在專業(yè)領(lǐng)域同樣愈發(fā)重要，與觸覺技術(shù)相結(jié)合時尤為如此。

多種技術(shù)相互結(jié)合，讓我們不僅可以虛擬地觸摸物體，還可以辨別物體的質(zhì)地、溫度甚至阻力。這種觸覺反饋在專業(yè)應(yīng)用中變得愈發(fā)關(guān)鍵：例如，外科醫(yī)生在遠(yuǎn)程手術(shù)過程中需要判斷阻力；技術(shù)人員維修衛(wèi)星時需要確保可觸知的握持力；自動化工程師在使用虛擬控制臺時也需要觸覺確認(rèn)。

就本質(zhì)上而言，隨著VR和AR日益成熟，它們提供的細(xì)微物理反饋在精密任務(wù)中變得至關(guān)重要。未來，我們在數(shù)字互動中的觸覺，也會和現(xiàn)實世界中一樣體現(xiàn)出各種細(xì)微差別。

觸覺手套、服裝和椅子

開始時得到廣泛采用的觸覺技術(shù)是力反饋觸覺手套。許多制造商都提供觸覺手套，這種手套可以通過編程的方式對手指和手部運(yùn)動施加阻力，讓用戶感受到虛擬物體的大小、密度和重量。它們借助磁性摩擦片來模擬物體的阻力和觸感。有些手套可以提供高達(dá)20牛的力，以此模擬2公斤的磚施加在每根手指上的重量。還有一些手套甚至有溫度控制功能，讓用戶能夠感覺到遠(yuǎn)處物體的溫度。

觸覺手套必須做到迅速響應(yīng)和超低延遲。當(dāng)用戶使用沉浸式技術(shù)進(jìn)行危險工作培訓(xùn)時，這一點(diǎn)尤為重要，因為這讓他們能夠在沒有高風(fēng)險的情況下體驗高風(fēng)險場景。這種低延遲意味著用戶在實時執(zhí)行手勢時可以感受到阻力或其他感覺。

VR和AR頭顯使用加速度計來跟蹤頭部運(yùn)動，手套也可以借助加速度計、反射計或視頻來跟蹤手部運(yùn)動。反射計可以通過對兩個（或更多個）紅外發(fā)射器與一個或多個紅外傳感器進(jìn)行三角測量來感知位置，這些發(fā)射器可以安裝在頭顯、游戲主機(jī)或手套里。

筆者自己動手做了一個動作感應(yīng)手套，它利用適當(dāng)位置的紅外發(fā)射器向其他地方的傳感器發(fā)送信號。其他動作感應(yīng)手套可在手套上嵌入傳感器，并通過放置在其他地方的兩個或更多發(fā)射器進(jìn)行三角測量（圖源：本文作者）

解決了動作、手勢和觸摸的感知，事情還只是做了一半；剩下的另一半就是要讓佩戴者產(chǎn)生身體感覺。為此，業(yè)界已經(jīng)開發(fā)了許多令人興奮的技術(shù)，包括磁力（類似于揚(yáng)聲器紙盆的運(yùn)動）、振動執(zhí)行器、壓電陣列和微流體。有些系統(tǒng)甚至使用聲波產(chǎn)生力場。

類似地，裝有執(zhí)行器的緊身衣和背心可以讓穿戴者全身都能感受到觸覺刺激。許多公司都在生產(chǎn)主要針對游戲市場的觸覺背心，bHaptics TactSuit X40就是其中一款；顧名思義，這套衣服包含40個振動馬達(dá)，可提供身臨其境的感官刺激。

bHaptics TactSuit X40觸覺背心包含40個振動電機(jī)感應(yīng)執(zhí)行器，并提供有線或無線連接

觸覺椅也能提供觸覺體驗。這些椅子主要用于游戲和飛行訓(xùn)練等應(yīng)用，可以模擬重力、加速度和湍流。

借助聲波產(chǎn)生觸覺

感官錯覺技術(shù)已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，讓用戶能夠感覺自己在動態(tài)數(shù)字環(huán)境中真正觸摸到了物體。值得一提的是，使用超聲波發(fā)射器，聲波力場會產(chǎn)生匯聚在目標(biāo)上的波陣面，讓用戶感受到觸覺。

例如，Ultraleap Leap Motion Controller 2就是很好的例證，它使用基于視頻的手部跟蹤來進(jìn)行3D交互。其先進(jìn)的視頻成像可檢測手部動作和方向。控制器與超聲波換能器陣列配對，將空氣壓力導(dǎo)引到特定位置，使用戶能夠在從點(diǎn)擊按鈕到握球的過程中感受到觸覺。

未來如何發(fā)展？

所有這些當(dāng)前技術(shù)都預(yù)示著這樣一個未來：我們的數(shù)字體驗跨越了所有感官，融合了物理世界和數(shù)字世界。在不久的將來，觸覺技術(shù)將通過以下一些潛在的方式，與其他感官反饋系統(tǒng)相結(jié)合：

醫(yī)療康復(fù)與訓(xùn)練

觸覺技術(shù)可以變革身體康復(fù)實踐。配備觸覺反饋的設(shè)備可以引導(dǎo)患者完成精確的運(yùn)動模式。例如，對于重新學(xué)習(xí)手臂運(yùn)動的患者，當(dāng)患者偏離正確的姿勢時，觸覺設(shè)備可以提供阻力或振動提示，使治療師即使在幾英里外也能數(shù)字化地“感覺”并調(diào)整患者的動作。

房地產(chǎn)與建筑

觸覺技術(shù)也可以改變房產(chǎn)參觀和建筑展示的方式，讓它們不只是3D模型和虛擬演示。觸覺技術(shù)可以模擬各種材料的觸感，如木地板的紋理或地毯的柔軟，從而為數(shù)字游覽提供觸覺層，幫助客戶在沒有實物的情況下與空間或設(shè)計建立聯(lián)系。

藝術(shù)與數(shù)字創(chuàng)作

數(shù)字領(lǐng)域的藝術(shù)將獲得有形的維度。通過觸覺工具，藝術(shù)家可以在虛擬空間中體驗他們正在制作的材料的感覺，無論是粘土的可塑性還是石頭的硬度。這種觸感界面可以豐富創(chuàng)作過程，讓數(shù)字藝術(shù)像傳統(tǒng)方法一樣自然。

教育

即使在數(shù)字教室，觸覺技術(shù)也可以讓學(xué)生體驗親自上手學(xué)習(xí)的樂趣。學(xué)生將能夠感受到各種研究（從歷史文物的表面到分子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)）的虛擬對象。這種額外的觸覺層可以促進(jìn)更好的理解和參與。

游戲和娛樂

游戲世界將更加身臨其境，甚至遠(yuǎn)超當(dāng)下。配備觸覺服裝或控制器的玩家不僅可以看到或聽到他們的虛擬環(huán)境，還可以感受到它們。無論是外星星球的質(zhì)感，還是中世紀(jì)戰(zhàn)爭游戲中的箭帶來的沖擊力，觸覺技術(shù)都會讓游戲世界變得生動起來。

人際關(guān)系

通過觸覺界面，人際交往中的距離可能會變得不那么遙遠(yuǎn)?？纱┐髟O(shè)備可以模擬實時的身體感覺，將簡單的視頻通話變成虛擬的握手會話。通過觸覺反饋，輕輕擠壓一端就可以讓另一端感受到安慰，從而縮小了千里之外的情感鴻溝。

在所有這些領(lǐng)域中，觸覺作為數(shù)字和實物之間的橋梁，加強(qiáng)了虛擬交互的真實感。隨著我們的進(jìn)步，觸覺與視覺和聽覺反饋的復(fù)雜融合將重新定義我們的體驗，讓現(xiàn)實與虛擬更加緊密融合。

結(jié)語

觸覺技術(shù)在提升人類能力、保護(hù)工人遠(yuǎn)離危險環(huán)境、提供系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制、實現(xiàn)遠(yuǎn)程就醫(yī)流程等方面可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。微妙的觸覺對于判斷某人何時使用了足夠的力量或過度的力量至關(guān)重要。這就是優(yōu)質(zhì)、準(zhǔn)確的觸覺技術(shù)可以發(fā)揮作用的地方。

我們期待看到觸覺技術(shù)在軍事、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天、工廠環(huán)境以及游戲和其他行業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。我們正處于一場新技術(shù)革命的初始階段。