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香港城市大学成功研发轻薄、无需电池的「触觉电子皮肤」
2019/12/5 9:50:19 香港城市大学 点击数:
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于欣格博士(前排左)及他的城大研究团队。

    香港城市大学(城大)参与的跨院校研究团队,成功研发出一套「皮肤集成的触觉接口」系统,可帮助义肢用户感受外在环境,亦可应用于社交媒体及游戏娱乐上。
    这套全新以皮肤为媒介的虚拟现实(VR)和扩增现实(AR)系统,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。
    研究成果最近于国际知名科学期刊《自然》发表,论文题目为「皮肤集成无线触觉界面的虚拟和扩增现实」。
    论文第一作者、城大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皮肤的电子皮肤。与市面上同类设备相比,我们的新系统又轻又薄,可以紧贴皮肤,而且不需要电线和电池。」
    研究团队采用新的材料、结构、能量传输策略和通讯方案,设计出这套系统。运用精巧的结构力学设计,将700余个功能组件组成厚度小于3毫米的柔韧皮肤器件,不同层面包括:轻薄柔软且可拉伸的内层,用于包覆功能层,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。
    于博士说:「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讯息,但我们以无线射频(RF)供电,只需低于2个毫瓦的功率便能传输讯息,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。不单可以节省能源消耗,使用者也免受电线牵绊,更加自由灵活。」
    目前虚拟与扩增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。
    这项研究成果不单可应用在社交媒体及电子游戏上,亦可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。
    这项研究历时两年,涉及机械工程学、材料科学、生物医学、物理学和化学等不同范畴。于博士指出,最大的困难是要将各种技术合而为一。他说:「生物医学工程就是创造出大家以前觉得不可能的发明,感谢城大生物医学工程学系提供科研平台,以及系主任孙东教授的大力支持。」
    其他研究团队成员包括美国西北大学、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、清华大学及山东大学等高等学府的学者。该研究获得城大、西北大学、国家自然科学基金委员会及美国国家科学基金会赞助。

新研发的「皮肤集成的触觉接口」系统可帮助义肢用户感受外在环境,亦可应用于社交媒体及游戏娱乐上。
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