觸覺反饋是一種利用振動、觸覺和力反饋等感覺來傳遞觸覺資訊的技術。 虛擬實境系統和現實世界的技術利用觸覺來增強與人類的互動。 本文解釋了觸覺的含義、型別和重要性。
什麼是觸覺反饋技術？
觸覺反饋技術利用振動、觸覺和力反饋等感覺來傳遞觸覺資訊。 在虛擬實境系統中使用觸覺反饋可以幫助增強人與虛擬物件之間的互動。
觸覺反饋的目標之一是讓人類覺得它所描述的體驗在虛擬實境系統中是“真實的”。 一種常見的觸覺技術是使用操縱桿振動來增強遊戲過程中的沉浸感。
觸覺反饋系統使用力和觸覺反饋使使用者和計算機能夠相互互動。 力反饋模擬虛擬化物件的某些物理特性，例如壓力和重量。 另一方面，觸覺反饋可以更清晰地了解虛擬物體的紋理（例如，平滑度或粗糙度）。
觸覺反饋系統是如何工作的？
在我們深入研究這項技術的工作原理之前，讓我們先了解一下人類是做什麼的。 這個複雜的器官充滿了觸覺受體和神經末梢，我們統稱為軀體感覺系統。 該系統將有關熱、冷、疼痛和人類感覺到的其他感覺的資訊傳遞到大腦。
觸覺受體通過將訊號傳遞到最近的神經元來傳遞感覺，然後神經元將訊號傳送到下乙個最近的神經元，直到大腦接收到訊號。 然後，大腦決定它如何對感覺做出反應。 整個過程不到一秒鐘。
就像音訊和圖形刺激我們的聽覺和視覺來傳達資訊一樣。 同樣，觸覺會刺激我們的軀體感覺系統傳遞資訊並能夠提供上下文資訊。 例如，當使用者按住 Apple iPhone 應用程式托盤上的應用程式圖示時，他們的手指會感到“拉”動。 iPhone 的觸覺馬達會產生這種觸覺，以傳達應用程式已準備好移動、刪除或排序。
觸覺系統的振動、力和其他運動是使用不同的方法機械產生的。 最常見的方法是偏心旋轉質量 （ERM） 執行器。 ERM的快速旋轉導致砝碼不穩定所產生的力不穩定，從而產生觸覺振動反饋。
線性諧振執行器 （LRA） 是建立觸覺反饋的另一種方法。 在這種方法中，連線到彈簧的磁鐵由線圈束縛並用外層固定。 線圈由電磁激勵驅動，帶動磁體振動，產生觸覺反饋。
除了 LRA 和 ERM 之外，其他新興技術也被用於以更易於訪問和更逼真的方式提供觸覺反饋。 專家將觸覺技術用於機械人的教學、培訓、娛樂和遠端動手操作等功能。
觸覺反饋的應用領域
觸覺技術在多個行業中發揮著重要作用。 以下是觸覺的日常用例。
1.元宇宙
“元宇宙”一詞經常出現在科技新聞中。 這個概念越來越受歡迎，各個垂直領域的公司都準備讓它徹底改變我們的生活。 觸覺反饋有望成為該領域最常用的技術之一。
元宇宙的最終目標是在與現實世界幾乎無法區分的虛擬環境中複製現實。 當然，這需要沉浸在人類的所有感官中，而不僅僅是視覺和聽覺。 高效的觸覺對於科技行業這一集體願景的成功至關重要。
讓我們看看 Meta，可以說是元宇宙領域最傑出的參與者，如何定位其對觸覺的使用。 Facebook 於 2021 年 10 月宣布更名; 然而，它早在那之前就涉及沉浸式技術。
Meta 在 2014 年以 20 億美元收購 Oculus，實現了觸覺優勢的首次重大飛躍。 從那時起，該公司一直在收購新的增強現實 （AR） 和虛擬實境 （VR） IP，並投資構建自己的解決方案。 早在 2019 年，人們就開始談論觸覺技術。
Facebook Reality Labs（前身為 Oculus Labs）在沉浸式解決方案研究方面取得了可喜的進展。 例如，最近推出的觸覺裝置旨在減少遊戲過程中的輸入延遲。
觸覺也是使用者以真實和自由的方式與虛擬世界互動的自然選擇。 借助觸覺技術，“笨拙”的使用者行為（例如點選觸控螢幕或按下手持遙控器上的按鈕）被無縫縮放、捏合、推動、觸控、拖動和其他物件導向的互動所取代。
實現這些互動的裝備，很可能是手套，將不僅僅是由觸覺驅動。 它們還將包括肌電圖（EMG），用於將傳輸人類思想的電訊號轉換為計算機可以讀取的輸入。
觸覺在虛擬宇宙中是如何工作的？ 每次使用者提供輸入時，他們都會收到反饋或反應。 例如，在虛擬宇宙中推動物體的使用者可以“感覺到”它的阻力和重量。 如果一塊石頭被扔到虛擬池塘上，使用者會感覺到它離開了他們的手指。 這就是觸控的魔力！
2.太空探索
虛擬宇宙並不是觸覺技術掀起波瀾的唯一環境。 該技術也已進入太空，地勤人員和太空人將其用於各種應用，包括太空探索。
例如，觸覺在歐洲航天局的Meteron專案中起著至關重要的作用。 該項目的重點是開發機械人介面、通訊網路以及相關的硬體和軟體，以遠端控制太空中的機械人。
太空機構還可以使用觸覺技術，使用地球上人類控制的機械人在其他行星或衛星上建造基礎設施。 今天，這聽起來可能雄心勃勃。 然而，航天機構已經在現有的空間相關應用中採用了複雜的觸覺技術。 進一步發展是自然而然的。
3.航空
在航空領域，觸覺反饋的應用使機組人員能夠快速了解操作問題。 例如，轉向裝置採用了觸覺技術，當飛行員進入危險的飛行條件時，它會通知他們。
即使沒有迫在眉睫的危險，航空業也會使用觸覺反饋來提高飛行員的整體態勢感知能力，並告知他們飛機的狀況。 例如，觸覺反饋為飛行員提供有關飛行控制的資訊，並有助於安全、經濟高效地管理飛行狀態。
觸覺技術也是有助於確保符合飛行包線保護的解決方案之一。 觸覺執行器安裝在駕駛艙內和控制器之間的各種元件上。 它們與飛行員的身體進行物理互動，並快速有效地傳輸必要的資訊。
觸覺反饋不僅在實時飛行中有用，還用於在飛行模擬中傳達逼真的感覺。 這使飛行學員能夠體驗到他們只有在現實生活中才會遇到的事件。 例如，您可以使用支援觸覺的模擬器來模擬下雨、暴風雨和發動機損壞時的意外情況。
4.汽車設計
觸覺技術的應用還將擴大駕駛員與車輛之間的溝通，並增強車輛的整體可用性。 觸覺元件可以直接插入各種車輛使用者介面 （UI） 元件，包括方向盤、踏板、安全帶、儀表板和座椅。
然後，這些觸覺介面將用於向駕駛員提供力或觸覺反饋。 例如，如果行人可能過馬路，振動座椅可以通知駕駛員前方道路。
5.機械人遠端操作
遠端操作員依靠觸覺來接收來自遠端機械人工具的關鍵反饋。 在某些情況下，操作員會實時收到機械人所受力的通知。 這使他們能夠精確地執行任務。 例如，機械人定期管理有毒物質並拆除**物體。
6.醫療
觸覺反饋裝置在現代醫療保健的幾個方面發揮著至關重要的作用。 以微創手術為例。 在這裡，專用腹腔鏡工具的控制裝置配備了力和觸覺反饋，使醫生能夠遠端準確地檢查組織並診斷異常。
觸覺反饋裝置還使外科醫生能夠更好地控制機械人驅動的醫療程式。 手術機械人使醫生能夠在人類無法操作的狹小空間內使用小型工具，甚至在全球任何國家/地區進行手術。 在手術機械人的遠端操作中新增觸覺反饋可以提高準確性並最大限度地減少手術時間。 組織損傷的風險也大大降低。
此外，觸覺反饋裝置在培訓醫生方面也發揮著重要作用。 例如，醫學生可以在虛擬患者身上練習，在不危及他人健康的情況下獲得實際切口和縫合的“感覺”。 牙科模擬器是這項技術實際應用的另乙個例子——牙科學生可以在虛擬實境中鑽孔和切割牙齦，並通過觸控模擬現實世界的感覺和結果。
7.娛樂
購物中心和主題公園中的電影院座位和沉浸式遊戲裝置由觸覺裝置提供動力，這些裝置可以模擬**、天氣效果以及其他環境和人類條件。 遊戲手柄、操縱桿、噴氣式座椅和方向盤等控制器使用觸覺或力反饋將身體感覺傳遞給遊戲玩家。
這還不是全部！ 除了遊戲控制器和VR頭顯，觸覺還可以覆蓋家庭使用者。 例如，任何人都可以線上購買的觸覺驅動背心一旦穿上，就會向人體的不同部位提供低頻。 背心與相容的家庭娛樂裝置相結合，增強了消費遊戲和電影等時的體驗。
總結
當今市場上有多種觸覺配置，每種配置都有一組特定的用例。 觸覺技術已經惠及各行各業的消費者，並且隨著元宇宙的快速採用，預計只會擴大規模。 但這遠非觸覺技術的唯一應用。 該技術還以各種形式用於醫療、娛樂、汽車和許多其他領域