西湖大学教授姜汉卿团队在国际上首次提出并开发了“高保真主动机械触感交互系统”，为元宇宙带来了全新的触觉感知维度。日前，相关研究成果刊登在《自然-机器智能》上。
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基于曲面折纸结构的虚实世界双向互通与多尺度交互装置集成。课题组供图
为让元宇宙触手可及，过往研究者们尝试过多种解决方案，大多为通过震动或压力代偿创造“被动触感”：包括常见的具有振动功能的手柄、可贴在皮肤上的振动马达、基于刚性连杆或绳索结构的电机驱动手部外骨骼等。此类“触感”均是由设备出发、给予用户被动的交互体验。
姜汉卿创造了“主动触觉”这个新概念——不同于肩、胸、腰、背等人类身体通常接收“被动触觉”的部位，人的手和脚通常是主动出击，通过主动触摸去感知物理世界。研究团队选择从“机械触感”（即刚度，物品的软硬触感）入手，模拟手和脚主动触摸物体时的感觉。
他们研发了一套“高保真主动机械触感交互系统”，利用不同材质、不同尺寸的折纸模块搭建了两种不同维度的交互装置：一种可引发局部触感的手持式装置,与一种可以产生全身体感的脚踏式装置。在使用手持式交互装置时，用户可通过主动抓握，体验其所交互的不同物品的软硬程度；在使用脚踏式装置时，用户则可通过主动踩踏，以全身运动的形式体验其所处的环境地面特性。
这种主动机械触感的实现，是源于硬件设备内部曲面折纸结构在交互过程中、由用户主动触发的被动变形——在电机的配合作用下，曲面折纸能弯曲成不同的角度，也会产生不同大小的反力，从而给予用户手足不同的“弹性”反馈。
姜汉卿举例道，将两张薄薄的塑料片对折，呈“X”状穿插在一起，想象一下，当你纵向“上下”按压塑料片，力量、角度不一样时，手收到的“回弹”反馈的感知也会不一样。这种触觉的变化传递给大脑，大脑就会根据“软硬”做出判断：抓到的是棉花，是木板，还是钢球……如果把手换成脚，大脑同样会根据脚所传递的刚度反馈，来判定人是走在马路上、草地上，还是踩在冰上……由此，人们在元宇宙的虚拟世界中，就可以完美实现“所见即所触，所处即所踏”了。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s42256-023-00671-z
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