工作忙沒時間養、討厭到處都是毛……又想擼貓解壓？

或許未來元宇宙可以幫你實現這個愿望。

騰訊 Robotics X 實驗室和香港城市大學發明了一種觸覺 " 手套 "，手掌和指間的傳感器可以讓你在用不同的速度和方向 " 撫摸 " 貓毛時感受到粗糙度的變化。

再配上 VR，就可以實現虛擬擼貓了。

當你把手伸到 " 貓貓 " 的舌頭面前，還能感受到上面的倒刺。

哇，盡管畫面還稍顯粗糙，但貓貓教看完已經有點心動這種新奇的體驗了。

話說回來，這個觸覺又是如何做到的？

薄到可以集成到手指套中的觸覺制動器

現有觸覺刺激技術可分為兩類——機械刺激和電刺激。

機械刺激是通過機械致動器（actuator）在皮膚上施加局部機械力或震動，從而讓人感受到觸覺。

不過一般這種致動器體積都比較大，硬要把它集成到便攜式或可穿戴設備中，就只能犧牲觸覺分辨率。

相比之下，電觸覺刺激器就沒有這種煩惱，可以做到既輕便又靈活，同時提供更高的分辨率和更快速的響應。

但它又需要比較高的電壓來穿透我們的皮膚外層以激活神經，所以安全性沒法保障，電擊帶來的刺痛感也影響體驗。

為了保證擼貓的真實感觸，研究團隊們選擇在電刺激技術上加以改進，研發可以小到集成到手指套中的觸覺致動器。

里面主要有兩個技術創新：

一是可以把刺激電壓降低到 13V～28V的高頻調制方法。

是的，與大多數電觸覺致動器靠高壓直流 ( DC ) 脈沖來穿透高阻抗角質層（皮膚最外層）不同，該研究團隊在這里選擇了高頻交流電 ( AC ) 。

如下圖所示，由于人體皮膚每一層的電阻抗可以建模為并聯的電阻和電容，因此高頻交流電可以穿透人體皮膚并刺激觸覺神經。

通過實驗他們發現，增加交流電刺激的頻率（從 20kHz 增加到 10kHz）會讓電流密度更高和、皮膚滲透更深，從而轉化為更多神經的激活，呈現出更強的觸覺。

同時，使用相同參數但具有 180 ° 相位差的兩個 AC 電流進行刺激，也能進一步增強觸覺感知。

具體表現上，低頻和高壓刺激最能模擬巖石和砂紙等粗糙紋理，而高頻和低壓刺激可以呈現絲綢和玻璃等光滑紋理。

最終，研究人員通過志愿者測試得到了最低 13V 的閾值電壓和最高 28V 的耐受電壓，以及 15V~25V 的舒適感知范圍。

此外，有 85% 的受試者可以感知到刺激電壓以最低 0.5 V 的步長變化，這就對應了至少 20 個強度區間，遠高于早期研究中的 4 個。

第二個創新點是電流轉向超高觸覺分辨率技術，它可以讓該觸覺致動器的空間分辨率在無需額外硬件的同時提高四倍，達到76dots/cm2，接近于人類觸覺感知。

并做到超過人類的 4kHz 快速刷新率，覆蓋整個人類觸覺強度范圍。

具體就是通過利用電極陣列的高度可重構性在物理電極之間的位置執行刺激，從而實現超分辨率，如下圖所示，小三角部分即為目標點。

隔著厚手套也能摸出直徑 1mm 的小凸點

如圖所示，研究人員給志愿者進行了 " 盲文測試 "，他們可以通過這個觸覺裝置給出的筆劃，猜出是什么字母 / 數字。

當然，"I" 和 "1"、"S" 和 "8"、"O" 和 "0" 這類還是比較難識別出。

志愿者們還戴上了消防員手套來測試致動器的敏感度。

結果盡管隔著厚厚的一層，它也能讓人成功摸到玻璃上的一個小凸點。

——而這個點直徑居然只有 1mm，厚度更是只有 0.44mm。

最后，應用方面，這項技術除了用來擼貓還可以做很多事情。

比如虛擬購物，用來感受不同衣服的材質。

抑或是幫助宇航員和深海潛水員等恢復防護服之下的觸覺感知。

在更遙遠的未來，它還可在虛擬培訓甚至 5G 遠程手術等場景中派上用場。

團隊介紹

目前該成果已入選 Science Advances，由騰訊 Robotics X 實驗室和港城大機械工程系共同完成，一作一共有 3 位。