文章来源于互联网:2022全球领先VR触觉技术创新:(2)柔性电子皮肤(下)

VR 交互不使用传统的物理输入技术,如键盘、鼠标、手柄或触摸屏等,而是通过触觉技术,使用户完成输入,以达到在虚拟空间交互中,能够再现触觉感受。

据国际著名技术研究与咨询公司Technavio 分析,预计 2021 年到 2025 年间,VR触觉技术市场增长将超158.4亿美元,年复合增长率高达15.96%。

图:Technavio的分析报告。

近年来,在全球崭露头角的一些最具创新性的VR 触觉技术,将会塑造行业的未来。

维克多专栏之前已经介绍了

英国格拉斯哥大学新近研发完成的气动触觉技术

以及柔性电子皮肤触觉技术系列文章第一篇:2022全球领先VR触觉技术创新:(2) 柔性电子皮肤(上)第二篇:2022全球领先VR触觉技术创新:(2) 柔性电子皮肤(中)

今天,将为大家带来柔性电子皮肤触觉技术系列的下篇:机器人VR。

2022年1月14日,于欣格研究团队在权威国际期刊Science Advances,发表论文《电子皮肤作为机器人VR 的无线人机界面》(Electronic Skin As Wireless Human-Machine Interfaces For Robotic VR),向外界公布一项基于柔性电子皮肤的新成果。

图:Science Advances论文《电子皮肤作为机器人VR的无线人机界面》。

这项由香港城市大学、大连理工大学、清华大学、中国电子科技大学学者合作的研究成果,是将电子皮肤贴片与机器人结合,构成无线人机交互系统——机器人VR。

只要贴上电子皮肤贴片,人类就能跟机器共享触觉。贴片既可以小到无感,也可以大成一件上衣,通过振动力度和频率来反馈触觉。使用者戴上VR设备,就能远程控制机器人,完成如同亲临现场并有触感的精细操作。

图:机器人 VR。

机器人VR是一个皮肤集成电子系统,一个带有类皮肤传感器和小型化软驱动器的无线控制HMIs(人机界面管理信息系统)。

传统 HMIs 在可穿戴性、舒适性和功能等方面局限较多,机器笨重昂贵,缺乏足够反馈。开发具有精确传感和反馈功能的CL-HMIs(闭环人机界面管理信息系统)显得尤为必要。

这种基于电子皮肤的 CL-HMIs 系统,可与人全身兼容,通过近场通信(NFC)、蓝牙、Wi-Fi 等,进行无线运动捕捉和触觉反馈。并通过皮肤集成的电子设备,将视觉和触觉感知,集成到机器人VR的 CL-HMIs 之中。

这项机器人VR技术目前正被研究开发应用于以下方面:

01.远程核酸检测

机器人VR项目起步于2020年初。当时新冠肺炎疫情确诊病例不断上升,医疗资源短缺,核酸采样效率较低,医护人员感染风险巨大,这让于欣格开始思考能否开发一个远程控制采样机器人。

过去的两年里,有多家科研团队研发了能让医护人员远程操纵机械臂完成核酸采样的系统。不过相比于直接上手,这些操作存在一个难点——很难掌握下手的轻重。毕竟不是自己的手,医护人员只能凭丰富的经验去想象应该把控多大的力度,来操控机器捅受检人员的鼻孔和嗓子。

于欣格团队用一张电子皮肤,贴在操控者手臂,与核酸采样机器人获得交互联动,让机器人把触觉同步反馈给医护人员,就此准确感知机器人下手的轻重,使问题圆满解决。

图:基于电子皮肤的机器人V远程检测核酸演示。

02.远程手术及手术训练

使用手术机器人进行远程手术时,医生一般很难直接获取手术的实时触觉信息。比如,是否切到正确位置、下刀的轻重等,这些情况只能通过数据获知。如果“贴上”电子皮肤,医生远程操控机器人时,就可以实现视觉、听觉、触觉全方位感知,近似于零距离感知手术过程,使手术更为精准。

机器人VR还可用于手术前的模拟训练。如手术姿势不对,设备会反馈给医生,进行提醒,让其纠正。

03.健康及身体监测

传统医疗器械,体积大,线路多,不便于对疾病进行实时监控。如果把机器人等设备整合到皮肤触觉反馈系统当中,通过一套轻薄可穿戴便携式的系统,便可轻松实现健康状态实时监控。

并可以据此开发出一套实现全民健康监测的系统。在实时监测的同时,收集身体状态信号,利用大数据、人工智能等工具,将采集到的信号进行分类,以此预测潜在的突发疾病。这样不仅能实现健康监控,还能实现生命的红灯预警。

病人住院治疗,身上常连接多种生命体征指标监控设备,人被束缚于各种管线之中,极不舒服。为此可开发轻软小型电子皮肤,贴在患者身上,与机器人无线连接,传输各种生命指标数据,以取代传统监控方式,让患者的治疗过程更为舒适。

图:柔性电子生物设备将取代传统设备。

出生于吉林的于欣格,本硕毕业于中国电子科技大学,2011年赴美国西北大学攻读博士,博士毕业后至美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校从事博士后研究,2018年到香港城市大学任教。

柔性电子皮肤涉及力学、机械工程、电子工程,生物医学工程等众多学科,需要多学科专家学者通力合作才能完成。于欣格中外学习研究背景,有利于他组建起由香港城市大学、电子科技大学、大连理工大学、清华大学、山东大学、美国西北大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、宾夕法尼亚州立大学、英国布里斯托大学等多所高校专家学者构成的科研团队。

于欣格对媒体表示,如今团队所研发的柔性电子皮肤技术已经比较成熟,未来三年内应该会有不错的产品落地。  

柔性电子皮肤的研究应用刚刚起步,将来会有无限可能,我们欣喜地期待中国年轻的科技工作者,在未来的日子里给人们带来更多令人惊艳的新成果。

       原文标题 : 2022全球领先VR触觉技术创新:(2)柔性电子皮肤(下)