能对虚拟物品产生真实触感的手套来了!网友:我有一个大胆的想法

最近元宇宙概念大火,虚拟世界的无限可能让人产生无限的遐想,但在开发元宇宙的道路上存在着诸多挑战,其中之一就是如何在虚拟宇宙中实现真实触觉,这一问题,如今终于有了突破性的进展。

近日,Meta(原名Facebook)的现实实验室(Reality Labs,RL),公开了一款触觉感知手套,戴上它,就可以在VR里拥有相当真实的触觉,实现与虚拟物体的交互。

比如配合物理引擎玩各种各样的小游戏:

能对虚拟物品产生真实触感的手套来了!网友:我有一个大胆的想法

在虚拟空间里,两个人可以握手、碰拳,或者其他更加复杂的动作,就像现实里面一样:

能对虚拟物品产生真实触感的手套来了!网友:我有一个大胆的想法

Meta这样描述道,想象一下,你与朋友的超逼真3D头像一起处理虚拟3D拼图。当您从桌上拿起一块虚拟拼图时,感觉到它在您的掌握中时,您的手指就会自动停止移动,当您拿起纸板进行仔细检查时,您会感觉到纸板边缘的锐利度和表面的光滑度,然后在将其安装到位时发出令人满意的咔嗒声。

看起来真是厉害,似乎科幻电影里面的场景真的可以实现了,如今该手套与其他可穿戴技术已被许多人视为VR和AR交互的未来。

如何用手套来触摸虚拟世界

在Meta的介绍中,这款手套可以在虚拟世界中,再现现实生活中的一系列触觉感觉,包括模拟人手抚摸材质纹理的感觉、压力反馈以及振动反馈。

从展示图中可以看到,触觉手套的每个手指上都有十多个脊状充气塑料片,被称为执行器(actuator),触觉交互位置被布置在贴合佩戴者手掌、手指下侧和指尖等位置上,背部有白色的传感器,可追踪手指在空间中的移动情况,内外两侧也有多个传感器,以捕捉佩戴者手指的弯曲状态。

当你戴上手套握住一个虚拟物品时,控制系统会调整相应执行器的充气水平,在手上的不同部位产生不同的压力,还会轻轻拉动皮肤,以模拟重力牵引的效果,这些感觉与视觉和、听觉共同作用,会让你产生身体与虚拟物体真实接触的“错觉”。

这项技术采用了更加新颖的软体机器人,使用微型气囊取代了笨重的机电组件,使得手套更加柔软、轻便,最明显的优势是解决了外部器件过于异化的问题,同时还提高了在AR/VR中双向交互的问题,其可以帮助计算机准确理解和反映佩戴者的手部动作,并为佩戴者再现一系列复杂、细微的感觉,例如通过压力、纹理和振动来创造用手感受虚拟物体的效果。

而为了控制这么多的新的软体执行器,Meta还为此开发出了号称是世界首款毫秒级微流体处理器 (Microfluidic Processor )用来控制气流,通过手套上的一个微小的微流体芯片,告诉阀门应该在何时以多大程度打开和关闭,从而控制输入执行器的气流。

与传统的电路相比,微流体处理器重量轻体积小,能耗更低,也不会大量发热,在手套上可以集成更多数量,有利于后续增加更多执行器以及减小手套体积。Meta RL研究科学家Andrew Stanley指出,对于VR或AR的触觉互动来说,执行器需要非常迅速地对指尖进行加压,而利用空气就可以做到。

在Meta的设想中,手套在未来将是配合眼镜、耳机的多种控制器方法之一,除此之外还有基于肌电图(EMG)的更轻量级解决方案,后者是一种读取手臂上的神经信号并将其转换为数字输入的系统。Meta 在 2019 年收购了 EMG 腕带公司 CTRL-Labs,EMG 团队与触觉设计团队分开工作。

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商业应用还有许多障碍

Meta表示,目前该触觉手套的研发工作还处于早期阶段,它看起来相当笨重,距离生产消费者可用的触觉手套仍然存在许多障碍。

一方面,Meta的实验团队希望大幅增加手套执行器的密度,在几年内从数十个增加到数百个甚至上千个。现在手套能提供物体轮廓的感觉,但不能提供表面之间的细微差别——还只能依赖于音频和图像的暗示力量。

“你可以抚摸一只狗,但你不会感觉到它的质地,”Reality Labs 工程师 Katherine Healy 说道,“你需要高密度驱动才能真正获得那种感觉,而这款手套并不能做到这一点。”虽然Meta可能不会优先考虑像毛皮这样特定的质地,但他希望手套可以产生更多种、更高质量的感觉。

另一方面,手套也需要减小体积,虽然现在的手套原型比90年代任天堂Power Glove小,但这还远远不够。Healy认为,该设备需要足够的轻,让人感觉他们真的可以正常地与虚拟世界互动,并且它需要做到完全无线化,而不是像现在这样依赖系绳。

更复杂的是,触觉手套需要精确贴合佩戴者的皮肤,这可能需要为每个买家设计不同的合身版本,这可能要借助3D针织等技术,以定制的尺寸数字生产出织物。然后还有一些实际问题,比如如何清洁这款高科技手套——现在的清洗方法是用酒精仔细擦拭。然而服装一般是水洗的,因此Healy表示:我们希望能够制造出一种可以清洗的手套,这是我们愿景的一部分。

同时如果这款触觉手套商业化,它将面临与其他收集生物识别信息的可穿戴设备相同的隐私和安全挑战。可穿戴技术可以精细地分析人们的身体运动,而即使是基本的打字模式也可以预测帕金森等疾病,Meta将需要制定政策来管理离开用户设备的数据以及能够访问这些数据的人。

目前,研究团队正试图探究手套在VR中的触控真实程度如何,因为触觉和视听不同,很难准确的再现,视觉可以用屏幕呈现非常真实的图像,听觉可以通过声波来捕捉说话的特征,但Meta不可能制造出阻止人手穿过虚拟桌子的手套,而是必须找到让用户相信并接受桌子位置的方法,即使虚拟的桌子在客观上感觉更像是果冻而不是硬木,“VR是一种新的物理世界,其中没有什么是大规模的固体。”

最后,Meta透露现在手套主要靠熟练的技术人员手工制作并组装,如果想大规模生产必须有自动化的生产工艺,显然还处于实验阶段,离商业化应用还有不小距离,嗯,虽然暂时体验不到,但网友们已经产生不少大胆的想法了。

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