香港城市大學(xué)成功研發(fā)輕薄、無需電池的「觸覺電子皮膚」
2019/12/5 9:50:19 香港城市大學(xué) 點擊數(shù):

于欣格博士(前排左)及他的城大研究團(tuán)隊。
香港城市大學(xué)(城大)參與的跨院校研究團(tuán)隊,成功研發(fā)出一套「皮膚集成的觸覺接口」系統(tǒng),可幫助義肢用戶感受外在環(huán)境,亦可應(yīng)用于社交媒體及游戲娛樂上。
這套全新以皮膚為媒介的虛擬現(xiàn)實(VR)和擴增現(xiàn)實(AR)系統(tǒng),通過緊貼皮膚的無線致動器,將能源轉(zhuǎn)換成機械動能,將觸覺刺激傳送到人體。
研究成果最近于國際知名科學(xué)期刊《自然》發(fā)表,論文題目為「皮膚集成無線觸覺界面的虛擬和擴增現(xiàn)實」。
論文第一作者、城大生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系助理教授于欣格博士說:「我們的目標(biāo)是研發(fā)出媲美真皮膚的電子皮膚。與市面上同類設(shè)備相比,我們的新系統(tǒng)又輕又薄,可以緊貼皮膚,而且不需要電線和電池!
研究團(tuán)隊采用新的材料、結(jié)構(gòu)、能量傳輸策略和通訊方案,設(shè)計出這套系統(tǒng)。運用精巧的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計,將700余個功能組件組成厚度小于3毫米的柔韌皮膚器件,不同層面包括:輕薄柔軟且可拉伸的內(nèi)層,用于包覆功能層,可以緊貼皮膚;由硅膠保護(hù)的功能層,里面有無線控制系統(tǒng)及互相連接的致動器;透氣布料外層,可直接結(jié)合到可穿戴衣物上。
于博士說:「提供觸覺震動的常規(guī)致動器,需要用100毫瓦左右的功率傳輸訊息,但我們以無線射頻(RF)供電,只需低于2個毫瓦的功率便能傳輸訊息,并產(chǎn)生同等的機械震動,解決了無線低功耗能量傳輸?shù)碾y題,顯著提高了這套系統(tǒng)的操作距離。不單可以節(jié)省能源消耗,使用者也免受電線牽絆,更加自由靈活。」
目前虛擬與擴增現(xiàn)實技術(shù)主要通過視覺和聽覺刺激來創(chuàng)造體驗,但相比眼睛和耳朵,皮膚是人體面積最大的感官系統(tǒng),因此透過觸覺感應(yīng)外界環(huán)境,效果更好。
這項研究成果不單可應(yīng)用在社交媒體及電子游戲上,亦可幫助義肢使用者透過觸覺感應(yīng)外在環(huán)境,提供反饋,甚至擴展到臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的相關(guān)虛擬場景。
這項研究歷時兩年,涉及機械工程學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)等不同范疇。于博士指出,最大的困難是要將各種技術(shù)合而為一。他說:「生物醫(yī)學(xué)工程就是創(chuàng)造出大家以前覺得不可能的發(fā)明,感謝城大生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系提供科研平臺,以及系主任孫東教授的大力支持!
其他研究團(tuán)隊成員包括美國西北大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校、賓夕法尼亞州立大學(xué)、英國布里斯托大學(xué)、清華大學(xué)及山東大學(xué)等高等學(xué)府的學(xué)者。該研究獲得城大、西北大學(xué)、國家自然科學(xué)基金委員會及美國國家科學(xué)基金會贊助。

新研發(fā)的「皮膚集成的觸覺接口」系統(tǒng)可幫助義肢用戶感受外在環(huán)境,亦可應(yīng)用于社交媒體及游戲娛樂上。
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