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直观的虚拟现实:开发了双峰“电子皮肤”

2020-01-15 15:41:22    来源:    我来说两句()
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 通过巧妙地利用磁场,Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)和林茨的Johannes Kepler大学的科学家开发了首款可同时处理非接触式和触觉式刺激的电子传感器。迄今为止,由于各种刺激的信号重叠,先前的尝试未能将这些功能组合在单个设备上。由于该传感器很容易应用于人体皮肤,因此可以为虚拟现实和增强现实场景提供无缝的交互平台。研究人员已将结果发表在科学杂志《自然通讯》上。

最大的人体器官-皮肤-可能是人体功能最全面的部分。它不仅可以在几秒钟内区分出变化最大的刺激,而且还可以在很宽的范围内对信号强度进行分类。由HZDR离子束物理与材料研究所的Denys Makarov博士领导的研究团队,以及由林茨大学的Martin Kaltenbrunner教授领导的软电子实验室,已经设法生产出具有类似特性的电子对等物。科学家表示,他们的新传感器可以极大地简化人机之间的相互作用,正如Denys Makarov所说:“虚拟现实中的应用正变得越来越复杂。因此,我们需要能够处理和区分多种交互模式的设备。”

但是,当前系统仅通过注册物理触摸或通过以非触摸方式跟踪对象来工作。两种相互作用途径现在已经在传感器上首次结合在一起,被科学家称为“磁性微机电系统”(m-MEMS)。该出版物的第一作者,来自HZDR的Jin Ge博士说:“我们的传感器处理不同区域的非接触式和触觉相互作用的电信号,并以此方式实时区分刺激源并抑制刺激。来自其他来源的令人不安的影响。” 这项工作的基础是科学家们做出的非常规设计。

所有表面均具有灵活性

他们首先在聚合物薄膜上制造了一个磁传感器,该传感器依赖于所谓的巨磁阻(GMR)。该膜又被包含圆形腔的硅基聚合物层(聚二甲基硅氧烷)密封,该圆形腔设计为与传感器精确对准。在该空隙内,研究人员将柔性永磁体与从其表面突出的金字塔状尖端整合在一起。马卡罗夫评论说:“结果使人更想起带有光学装饰的保鲜膜。” “但这恰恰是我们传感器的优势之一。” 这就是它保持如此异常灵活的方式:它完全适合所有环境。即使在弯曲的条件下,它也可以正常工作而不会失去功能。因此可以非常容易地将传感器放置在例如指尖上。

科学家正是以这种方式检验了他们的发展。金戈详细说明:“在雏菊的叶子上,我们连接了一块永久磁铁,其磁场指向与我们平台上附着的磁铁相反的方向。” 现在,当手指接近此外部磁场时,GMR传感器的电阻会发生变化:它会下降。直到手指实际接触叶子为止。此时,由于内置永磁体被迫靠近GMR传感器并叠加了外部磁场,因此突然上升。金戈说:“这就是我们的m-MEMS平台可以在几秒钟内实现从无接触到触觉交互的明显转变的方式。”

单击而不是单击,单击,单击

正如该团队进行的一项实验所示,这允许传感器选择性地控制物理和虚拟对象:在玻璃板上装有永久磁铁的物理学家投射了虚拟按钮,这些按钮可以操纵真实条件,例如房间温度或亮度。科学家们可以使用已经应用了“电子皮肤”的手指,首先通过与永磁体的相互作用来选择所需的非接触虚拟功能。手指触摸平板时,m-MEMS平台会自动切换到触觉交互模式。然后可以使用轻或重压力来例如相应地降低或升高室温。


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