《新型“电子皮肤”让人与虚拟现实互动更真实》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-11-05
  • 德国亥姆霍茨德累斯顿—罗森多夫研究中心(HZDR)和奥地利林茨大学合作,率先开发出一种可同时处理非接触和直接接触刺激的电子传感器。该传感器可轻松用于人体皮肤,让人与虚拟或增强现实环境更直观、自然地互动。

      皮肤是人体最大的器官,功能丰富。它不仅可以在几秒钟内区分刺激,而且可以在很宽的范围内对信号强度进行分类。HZDR离子束物理和材料研究所的丹尼斯·马卡洛夫博士和林茨大学软电子实验室的马丁·卡滕布伦纳教授成功制成了具有类似特性的“电子皮肤”。

      据介绍,新型传感器可以极大地简化人机之间的交互。马卡洛夫说:“虚拟现实应用正变得越来越复杂。所以我们需要结合不同交互方法的连接设备。”以前的系统只能通过实际触摸或非接触技术手段跟踪对象来运行。现在,这两个途径首次在传感器上结合在一起,称之为“磁性微机电系统”(m-MEMS)。

      HZDR华人科学家葛进解释说:“我们的传感器处理不同区域中非接触和触觉相互作用的电信号”,可以实时区分刺激源,并隐藏其他来源的影响。

      为制造这种“电子皮肤”传感器,研究人员进行了不寻常的设计:他们首先在晶圆聚合物膜上连接了一个巨磁电阻的磁传感器,该膜封闭了恰好位于第二硅基聚合物层中间的孔,在这个圆形凹槽中插入了一个永磁铁。

      马卡洛夫说,这种结构能让传感器保持极高灵活性,即使在弯曲条件下,也可以正常工作。实验表明,传感器可以有针对性地控制物理和虚拟物体,研究人员将虚拟按钮投射到一块装有永磁体的玻璃板上,可以显示真实条件,例如室温、亮度或操控。通过与永磁体的相互作用,能够选择期望的虚拟功能。

      研究人员说,以前需要多次交互的一项操作可能缩减为一次。卡滕布伦纳称:“这听起来似乎是很小的进步,但从长远来看,可以在此基础上建立更好的人机界面。”例如,除了虚拟现实外,“电子皮肤”也可以在无菌环境中使用。外科医生可以使用传感器来操作医疗设备,而在治疗过程中无需接触,这将降低污染的风险。

  • 原文来源:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2019-11/05/content_434174.htm?div=-1
相关报告
  • 《我学者成功研发 新型触觉电子皮肤》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-12-13
    • 香港城市大学参与的跨院校研究团队,成功研发出一套“皮肤集成的触觉界面”系统。这套以皮肤为媒介的虚拟现实(VR)和增强现实(AR)系统,可以通过紧贴皮肤的无线致动器,将能源转换成机械动能,将触觉刺激传送到人体。该研究成果最近发表在《自然》上。   据介绍,虚拟与增强现实技术主要通过视觉和听觉刺激来创造体验,但相比眼睛和耳朵,皮肤是人体面积最大的感官系统,因此透过触觉感应外界环境,效果更好。   论文第一作者、香港城市大学生物医学工程学系助理教授于欣格博士说:“我们的目标是研发出媲美真人皮肤的电子皮肤。与市面上同类设备相比,这个新系统十分轻薄,可以紧贴皮肤,而且不需要电线和电池。”   这套系统采用了新的材料、结构、能量传输策略和通讯方案。研究团队将700余个功能组件组成厚度小于3毫米的柔韧皮肤器件,包括轻薄柔软且可拉伸的内层,可以紧贴皮肤;由硅胶保护的功能层,里面有无线控制系统及互相连接的致动器;透气布料外层,可直接结合到可穿戴衣物上。   于欣格介绍:“提供触觉震动的常规致动器,需要用100毫瓦左右的功率传输信息,但我们以射频技术(RF)供电,只需低于2个毫瓦的功率便能传输信息,并产生同等的机械震动,解决了无线低功耗能量传输的难题,显著提高了这套系统的操作距离。”   据了解,这项研究成果不但可应用在社交媒体及电子游戏上,也可以帮助义肢使用者透过触觉感应外在环境,提供反馈,甚至扩展到临床医学应用的相关虚拟场景。
  • 《虚拟现实远程操作机器人》

    • 来源专题:可再生能源
    • 编译者:pengh
    • 发布时间:2017-10-13
    • 某些行业传统上没有远程办公的奢侈。例如,许多制造业工作需要有实体的存在来操作机器。 但是,如果这样的工作可以远程完成呢?上周,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员展示了一种虚拟现实(VR)系统,该系统可以让你用Oculus Rift头戴式耳机来遥控机器人。 该系统将用户嵌入一个虚拟现实控制室,里面有多个传感器,让人感觉就像是在机器人的头部。通过使用手动控制器,用户可以将他们的动作与机器人的动作相匹配来完成各种任务。 这样的系统最终可能会帮助人类从远处监督机器人,”CSAIL博士后Jeffrey Lipton说,他是一篇有关该系统的论文的主要作者。“通过远程操作机器人,蓝领工人将能够远程上下班,并从IT革命中获益,就像白领工人现在所做的那样。” 研究人员甚至认为,这样一个系统可以通过“游戏化”的制造岗位来帮助增加失业的视频游戏玩家。 该团队使用了百特人的人形机器人,重新思考机器人技术,但表示它可以在其他机器人平台上工作,而且与HTC Vive头戴设备兼容。 Aidan Fay与CSAIL的负责人丹尼尔和研究人员Aidan Fay共同撰写了这篇论文。他们在最近的ieee/rsj国际会议上发表了这篇论文,在温哥华的智能机器人和系统会议上。 传统上有两种主要的方法来使用VR进行远程操作。 在一个直接的模型中,用户的视觉直接与机器人的状态相连接。有了这些系统,延迟的信号可能会导致恶心和头痛,而用户的观点只能局限于一个角度。 在一个网络物理模型中,用户与机器人是分开的。用户与机器人和环境的虚拟副本进行交互。这需要更多的数据和专门的空间。 CSAIL团队的系统介于这两种方法之间。它解决了延迟问题,因为用户不断收到来自虚拟世界的视觉反馈。它还解决了与机器人截然不同的网络物理问题:一旦用户戴上耳机,登录系统,他们就会觉得自己在Baxter的脑袋里。 这个系统模仿了人脑的“人类大脑”模式——大脑中有一个小的人控制着我们的行为,查看我们看到的图像,并对我们进行理解。虽然这对人类来说是一种特殊的想法,但对于机器人来说却很合适:机器人内部是一个虚拟的控制室里的人,通过它的眼睛和控制它的动作。 通过使用Oculus的控制器,用户可以与虚拟空间中出现的控件进行交互,从而打开和关闭手抓手,来获取、移动和获取物品。用户可以根据胳膊的位置标记和手的距离来规划动作,同时查看手臂的实时显示。 为了使这些运动成为可能,人类的空间被映射到虚拟空间中,然后虚拟空间被映射到机器人空间中,以提供一种共点的感觉。 与之前需要很多资源的系统相比,系统也更加灵活。其他系统可能从每个摄像头中提取二维信息,构建一个完整的环境三维模型,然后处理和重新显示数据。相比之下,CSAIL团队的方法绕过了所有这一切,只需要将显示在每个眼睛上的2-d图像进行处理。(人脑通过自动推断3-d信息来完成剩下的工作。) 为了测试这个系统,团队首先让Baxter做了一些简单的任务,比如拿起螺丝或钉住电线。然后,测试用户通过远程操作机器人来获取和堆叠积木。 与直接模型相比,用户成功完成任务的速度要高得多。意料之中的是,拥有游戏体验的用户对这个系统更加轻松。 在当前最先进的系统测试中,CSAIL的系统在95%的时间内都能更好地掌握对象,而在完成任务时则要快57%。该研究小组还表明,该系统可以在数百英里以外的地方对机器人进行操控;测试包括在华盛顿的一家酒店的无线网络上对Baxter进行了控制。 “这一贡献代表了一个重要的里程碑,在努力将用户与机器人的空间联系起来,以一种直观、自然和有效的方式。Oussama Khatib说,他是斯坦福大学的一名计算机科学教授,他没有参与这篇论文。 该团队最终希望将重点放在使系统更具可扩展性上,有许多用户和不同类型的机器人可以与当前的自动化技术兼容。 该项目部分由波音公司和美国国家科学基金会资助。 ——文章发布于2017年10月11日