免提技术在扩展现实中增加了逼真的触觉

莱斯大学、贝勒医学院和 Meta Reality Labs 的研究人员着眼于不远的将来，有些人的大部分或全部工作时间都花在扩展现实中找到了一种在虚拟环境中提供可信触觉体验的免提方式。

虚拟现实 (VR) 中的用户通常需要手持或手持设备(如触觉控制器或手套)来体验触摸的触感。在线发表于Advanced Intelligent Systems 的一项开放获取研究中描述了新的“多感官伪触觉”技术，它结合了来自VR 耳机的视觉反馈和来自挤压和振动手腕的机械手镯的触觉。

“可穿戴技术设计师希望提供更逼真的虚拟体验，而对于触觉，他们主要通过重现我们操纵物体时指尖感受到的力量来实现这一点，”该研究的合著者玛西娅·奥马利 (Marcia O'Malley)说, Rice 的 Thomas Michael Panos机械工程家庭教授。“这就是为什么今天的可穿戴触觉技术通常体积庞大并且妨碍双手。”

O'Malley 表示，这是一个未来的问题，因为随着人们在虚拟环境中花费的时间越来越多，舒适度将变得越来越重要。

“对于长期佩戴，我们的团队希望开发一种新的范例，”赖斯机电一体化和触觉界面实验室的负责人 O'Malley 说。“在手腕处提供可信的触觉反馈可以解放双手和手指，实现‘全天候’佩戴，就像我们已经习惯的智能手表一样。”

触觉是指触觉。它包括通过皮肤传递的触觉和来自肌肉和肌腱的动觉。我们的大脑使用动觉反馈来持续感知我们身体的相对位置和运动，而无需有意识的努力。伪触觉是触觉错觉，是通过利用大脑如何接收、处理和响应触觉和动觉输入而产生的模拟体验。

“伪触觉技术并不新鲜，”O'Malley 说。“视觉和空间错觉已经被研究和使用了 20 多年。例如，当你移动你的手时，大脑会对它应该在哪里有一种动觉感觉，如果你的眼睛在另一个地方看到手，你的大脑会自动记录下来。通过有意制造这些差异，有可能产生一种触觉错觉，您的大脑会将其解释为“我的手碰到了一个物体。”

“关于伪触觉最有趣的是你可以在没有硬件阻碍手的情况下创造这些感觉，”她说。

虽然虚拟环境的设计者多年来一直使用伪触觉错觉，但推动新研究的问题是：如果在手腕处通过协调的免提触觉来加强视觉驱动的伪触觉错觉，是否可以使它们看起来更逼真? ?

Evan Pezent是 O'Malley 的前学生，现在是华盛顿州雷德蒙德 Meta Reality Labs 的研究科学家，他与 O'Malley 及其同事合作设计和进行实验，其中伪触觉视觉提示通过协调的触觉感觉得到增强Tasbi是 Meta 之前发明的一种机械化手镯。

Tasbi 有一根可以收紧和挤压手腕的电动绳索，以及六个小型振动电机——与手机上发出静音警报的相同组件——排列在手腕的顶部、底部和侧面。这些振动的时间和强度以及手镯挤压的时间和强度可以相互协调，也可以与用户在虚拟现实中的动作协调。

在最初的实验中，O'Malley 和他的同事让用户按下虚拟按钮，这些按钮被编程为模拟不同程度的僵硬。研究表明，志愿者能够感受到四个虚拟按钮中每一个的不同程度的僵硬。为了进一步展示该系统可以模拟的物理交互范围，该团队随后将其整合到其他九种常见的虚拟交互类型中，包括拉动开关、旋转表盘以及抓握和挤压物体。

“在手腕上将触觉反馈与视觉伪触觉相结合的同时保持双手自由，是在 VR 中设计引人入胜的用户体验的一种令人兴奋的新方法，”O'Malley 说。“在这里，我们探索了用户对物体刚度的感知，但 Evan 展示了我们可以通过这种方法实现的广泛触觉体验，包括双手交互，如射弓和箭，或感知物体的质量和惯性。”

研究的合著者包括莱斯大学的 Alix Macklin、贝勒大学的 Jeffrey Yau 和 Meta 大学的 Nicholas Colonnese。

该研究由 Meta Reality Labs Research 资助，Macklin 的工作得到了国家科学基金会培训基金 (1828869) 的支持。