KAIST实时热传感VR手套,可承受超过5000次弯曲

VR技术的不断发展下,人们对于VR的沉浸感的要求也是越来越高了 。若是仅仅依靠360°视觉模拟,显然是已经不够了,当前的市面上,还出现了全身体感反馈、气味模拟装置等外设产品,而这个目的就是为了营造很真实的环境。

而对于体感反馈外设来说,又细分为触觉反馈、力反馈,甚至温度体感反馈等形式。最近,韩国科学技术院(KAIST)的科研人员就公布了一项关于体感手套的新研究,在此次研究中指出了,一种集成了压电传感器、柔性热电式传感器(TED)的无线一体式手套装置,其主要特点在于不需要外部热电装置,可通过无线的方式与PC或VR接收或发送信息,实时模拟与虚拟软件同步的温度。

注:TED传感器是一种常见于加热器或制冷机的热量转换模组,能够根据珀尔帖效应,将电流转换为热流,达到温度调节的效果。根据电流方向的不同,TED模组可以产生加热或冷却的功效。传统TED模组结合硬性基底材质,并不够灵活,因此KAIST科研人员根据赛贝克热电效应原理,开发了一种柔性TED方案。

据得知,这套手套系统由软硬件两大部分组成:

1)硬件部分——4个柔性TED传感器、11个压电传感器、一个界面主板、手套主体采用硅胶质地。传感器体积足够小,不影响手指伸展等活动。

2)软件部分——用于识别压电传感器输出的手势数据,计算出手指弯曲的角度,以此来模拟手部动作。另外,软件也用来配合界面主板的控制系统来模拟温感。

除了传感器外,该VR体感手套还集成了主板和电池,用来传输数据以及控制不同温度的体感反馈。原理方面,它是通过TED和压电传感器来触发皮肤表层对温度的刺激,进而传输模拟的体感温度。

简单来讲,KAIST研发的VR手套技术涉及到热量转换,以此来对体感温差的模拟,来增强VR虚拟温度的逼真感,但是,这不是实际上达到的需要模拟的温度。

KAIST表示:在我们现实生活中,在于周围的环境进行交互时候,身体也是在面对外界环境的刺激,以此来做出反应。而通常为了实现对皮肤的温度刺激,会使用液体循环装置或温差电元件,但体积较笨重,难以与紧凑的穿戴式手套集成。此外,传统温度模拟系统难以支持快速实时的温差变化。

所以,对这个问题的解决,KAIST科研人员研发了一个集成一体式VR温度模拟手套方案。该方案中搭载的压电传感器可识别手部动作,而柔性热电式传感器则支持对皮肤的双向温度刺激。这种定制的柔性传感器足够耐用,可承受超过5000次弯曲,弯曲半径在20毫米内也足够灵活。

因为人的皮肤对温度的感知是和温差相关(比如手很凉的时候摸冰块不会特别冰,碰温水会觉得体感温度比实际更高),因此手套在模拟温度时也将人的体温元素考虑在内,在室温环境中降低10°C体感温度最快只需要半秒时间。

为了验证体感温度模拟与VR之间的关系和影响,科研人员也是做了两次的实验研究,在其研究结果中,发现触发皮肤对温度的刺激确实有助于提升VR的逼真感和沉浸感。所有男性参与者认为温感模拟有助于提升VR临场感,60%男性认为有助于提升逼真感,而80%女性认为温感模拟有助于提升VR临场感,70%女性认为有助于提升逼真感。

另外,人的潜意识会对VR中的特定颜色期待相应的温感刺激(可能指的是人对暖色调和冷色调会期待不同的温度),视觉刺激有助于在VR中对温度反馈的准确和快速识别,并且,男女对于温度的感受是有些差异的。

但是,当前的这款VR手套原型需要对不同的手型来进行适配,很难再短时间内在市场上推广。

科研人员表示:手套形式的外设用于VR/AR足够合适。考虑到人的双手是全身自由度最高(27DoF)的部位,也是身体最敏感的部位之一,可感知压力、震动、拉扯、疼痛、温度、轻触等体感反馈,因此用手套作为控制器来操控AR/VR虚拟物体的效果会更自然。

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