城大研發無線超薄“電子皮膚” 靈活呈現個人化虛擬觸感體驗
透過觸感提升虛擬體驗成為新興趨勢，但市面上的觸感裝置一般較為笨重、受電線及傳輸線路等束縛。香港城市大學（城大）領導的研究團隊最近研發一套無線的電觸覺反饋系統“WeTac”，具備可供穿戴于手的超薄及柔軟材質，并借由收集用家的個人化觸覺感應數據，希望為“元宇宙”帶來更傳神生動的虛擬觸感體驗。
新研發的系統于虛擬游戲、運動及技術培訓、社交或遙控機器人等方面，具有龐大的應用潛力。城大生物醫學工程學系副教授于欣格博士帶領這次研究，他說：“除了視覺和聽覺以外，觸覺反饋將進一步提升虛擬實境（virtual reality，VR）之體驗。因此，我們致力研發一套更輕薄、更柔軟、更緊貼皮膚的無線觸感介面，使用家穿戴在手時仍可自由運動，仿如第二層皮膚一樣?！?/p>
于博士帶領研究團隊，與城大機械工程學系講座教授李文榮教授、生物醫學工程學系副教授王立代博士及其他研究人員，共同研發WeTac —— 這一套緊貼皮膚而靈活的無線虛擬觸感系統。這項研究結果已發表于科學期刊《Natural Machine Intelligence》，并成為封面文章，標題為〈Encoding of tactile information in hand via skin-integrated wireless haptic interface〉。
輕薄的無線穿戴式手掌貼片代替沉重的觸感手套
目前的觸感手套主要由氣泵和風管所構成，以電線及傳輸線路來供電和控制系統，嚴重影響虛擬實境、擴增實境（augmented reality，AR）等用家的沉浸式體驗。新研發的WeTac作為一套輕薄、柔軟、緊貼皮膚的無線電觸覺反饋系統，正有助解決上述提及的缺點。
這套系統由兩部分組成：一個可貼于前臂的微型軟片式驅動器作為操控面板，以及一塊水凝膠電極手掌貼片作為觸感介面。
整個驅動器凈重19.2克，體積細?。?cm x 5cm x 2.1mm），能夠配戴在用家前臂之上，同時配備低功耗藍牙（Bluetooth low energy，BLE）及可充電的小型鋰離子電池，以作無線傳輸及供電操作之用。至于手掌貼片的厚度僅得220微米至1毫米，掌心至指尖位置都有電極覆蓋，即使轉換不同動作，都能展現其靈活性及保持有效觸覺感應。
高密度電極陣列提供個人化觸感體驗
于博士解釋現今觸覺技術遇到的另一難題時說：“電觸覺是一種為用家帶來虛擬觸感體驗的有效方法。然而，每個人的觸覺敏感程度不一，相同的反饋強度在不同用家手中，可能有不一樣的感受。因此我們需要研發一套通用的工具，為不同用家調整相應的反饋參數?！?/p>
而WeTac手掌貼片的超柔軟特性，使系統易于找出不同用家的閾值電流，從而計算手部不同位置最適合的反饋參數。根據個人化的電流數據，系統可因應手掌不同部位的敏感程度，提供適當的電觸覺刺激強度，避免觸感過弱、或過強而造成疼痛。通過上述方法，系統可把物件大小、停留時間長短等觸覺感受的時間和空間訊息，有效傳神地反饋到用家手上，為用家帶來更逼真的虛擬觸感體驗。
貼片裝有32枚電觸覺刺激顆粒，每顆電極之間的中心距離約為13毫米，全面覆蓋指尖至掌心等不同范圍，為穿戴貼片在手的用家，帶來可編程的空間與時間觸感。
另外，研究人員為系統加入安全裝置，避免用家觸電以外，亦將溫度保持在攝氏27至35.5度的較低水平，以免用家因長時間操作而感到不適。
具備廣泛應用潛力
WeTac系統成功融入VR及AR等虛擬場景，亦可透過BLE通訊與機械臂等儀器同步運作。用家透過WeTac輕巧、可穿戴式及無線操控的設計，配合其以敏感度為中心的強度調整，就可輕松地以“親手”體驗虛擬觸感。使用者可于不同場景感受虛擬物件，例如在運動訓練中抓握網球、在虛擬社交或游戲中觸摸仙人掌、或感受老鼠在手上走動等體感。
于博士說：“團隊相信這項研究可為虛擬接觸提供有效的發展工具，亦對‘元宇宙’、人機介面操作及其他不同范疇的技術發展，帶來啟發性的意義?！?/p>
研究論文的共同第一作是城大生物醫學工程學系博士研究生姚寬明先生和周靖昆先生、機械工程學系博士畢業生黃清云博士，以及生物醫學工程學系研究助理吳夢鴿小姐及博士研究生姚俊祺先生。共同通訊作者分別是于博士、王博士和李教授，以及中國電子科技大學的于軍勝教授。復旦大學的宋恩名教授（前香港城大香港心腦血管健康工程研究中心研究員）、北京大學的張海霞教授及韓夢迪博士亦有參與研究。
研究項目的資金來源包括城大、香港研究資助局、創新及科技基金、香港心腦血管健康工程研究中心及國家自然科學基金委員會。
城大團隊研發一套無線超薄“電子皮膚”以提供生動及個人化的虛擬觸感體驗。（視頻來源﹕香港城市大學于欣格博士研究團隊）