触觉反馈是一种利用振动、触觉和力反馈等感觉来传递触觉信息的技术。 虚拟现实系统和现实世界的技术利用触觉来增强与人类的互动。 本文解释了触觉的含义、类型和重要性。
什么是触觉反馈技术？
触觉反馈技术利用振动、触觉和力反馈等感觉来传递触觉信息。 在虚拟现实系统中使用触觉反馈可以帮助增强人与虚拟对象之间的交互。
触觉反馈的目标之一是让人类觉得它所描述的体验在虚拟现实系统中是“真实的”。 一种常见的触觉技术是使用操纵杆振动来增强游戏过程中的沉浸感。
触觉反馈系统使用力和触觉反馈使用户和计算机能够相互交互。 力反馈模拟虚拟化对象的某些物理特性，例如压力和重量。 另一方面，触觉反馈可以更清晰地了解虚拟物体的纹理（例如，平滑度或粗糙度）。
触觉反馈系统是如何工作的？
在我们深入研究这项技术的工作原理之前，让我们先了解一下人类是做什么的。 这个复杂的器官充满了触觉受体和神经末梢，我们统称为躯体感觉系统。 该系统将有关热、冷、疼痛和人类感觉到的其他感觉的信息传递到大脑。
触觉受体通过将信号传递到最近的神经元来传递感觉，然后神经元将信号发送到下一个最近的神经元，直到大脑接收到信号。 然后，大脑决定它如何对感觉做出反应。 整个过程不到一秒钟。
就像音频和图形刺激我们的听觉和视觉来传达信息一样。 同样，触觉会刺激我们的躯体感觉系统传递信息并能够提供上下文信息。 例如，当用户按住 Apple iPhone 应用程序托盘上的应用程序图标时，他们的手指会感到“拉”动。 iPhone 的触觉马达会产生这种触觉，以传达应用程序已准备好移动、删除或排序。
触觉系统的振动、力和其他运动是使用不同的方法机械产生的。 最常见的方法是偏心旋转质量 （ERM） 执行器。 ERM的快速旋转导致砝码不稳定所产生的力不稳定，从而产生触觉振动反馈。
线性谐振执行器 （LRA） 是创建触觉反馈的另一种方法。 在这种方法中，连接到弹簧的磁铁由线圈束缚并用外层固定。 线圈由电磁激励驱动，带动磁体振动，产生触觉反馈。
除了 LRA 和 ERM 之外，其他新兴技术也被用于以更易于访问和更逼真的方式提供触觉反馈。 专家将触觉技术用于机器人的教学、培训、娱乐和远程动手操作等功能。
触觉反馈的应用领域
触觉技术在多个行业中发挥着重要作用。 以下是触觉的日常用例。
1.元宇宙
“元宇宙”一词经常出现在科技新闻中。 这个概念越来越受欢迎，各个垂直领域的公司都准备让它彻底改变我们的生活。 触觉反馈有望成为该领域最常用的技术之一。
元宇宙的最终目标是在与现实世界几乎无法区分的虚拟环境中复制现实。 当然，这需要沉浸在人类的所有感官中，而不仅仅是视觉和听觉。 高效的触觉对于科技行业这一集体愿景的成功至关重要。
让我们看看 Meta，可以说是元宇宙领域最杰出的参与者，如何定位其对触觉的使用。 Facebook 于 2021 年 10 月宣布更名; 然而，它早在那之前就涉及沉浸式技术。
Meta 在 2014 年以 20 亿美元收购 Oculus，实现了触觉优势的首次重大飞跃。 从那时起，该公司一直在收购新的增强现实 （AR） 和虚拟现实 （VR） IP，并投资构建自己的解决方案。 早在 2019 年，人们就开始谈论触觉技术。
Facebook Reality Labs（前身为 Oculus Labs）在沉浸式解决方案研究方面取得了可喜的进展。 例如，最近推出的触觉设备旨在减少游戏过程中的输入延迟。
触觉也是用户以真实和自由的方式与虚拟世界互动的自然选择。 借助触觉技术，“笨拙”的用户行为（例如点击触摸屏或按下手持遥控器上的按钮）被无缝缩放、捏合、推动、触摸、拖动和其他面向对象的交互所取代。
实现这些互动的装备，很可能是手套，将不仅仅是由触觉驱动。 它们还将包括肌电图（EMG），用于将传输人类思想的电信号转换为计算机可以读取的输入。
触觉在虚拟宇宙中是如何工作的？ 每次用户提供输入时，他们都会收到反馈或反应。 例如，在虚拟宇宙中推动物体的用户可以“感觉到”它的阻力和重量。 如果一块石头被扔到虚拟池塘上，用户会感觉到它离开了他们的手指。 这就是触摸的魔力！
2.太空探索
虚拟宇宙并不是触觉技术掀起波澜的唯一环境。 该技术也已进入太空，地勤人员和宇航员将其用于各种应用，包括太空探索。
例如，触觉在欧洲航天局的Meteron项目中起着至关重要的作用。 该项目的重点是开发机器人接口、通信网络以及相关的硬件和软件，以远程控制太空中的机器人。
太空机构还可以使用触觉技术，使用地球上人类控制的机器人在其他行星或卫星上建造基础设施。 今天，这听起来可能雄心勃勃。 然而，航天机构已经在现有的空间相关应用中采用了复杂的触觉技术。 进一步发展是自然而然的。
3.航空
在航空领域，触觉反馈的应用使机组人员能够快速了解操作问题。 例如，转向设备采用了触觉技术，当飞行员进入危险的飞行条件时，它会通知他们。
即使没有迫在眉睫的危险，航空业也会使用触觉反馈来提高飞行员的整体态势感知能力，并告知他们飞机的状况。 例如，触觉反馈为飞行员提供有关飞行控制的信息，并有助于安全、经济高效地管理飞行状态。
触觉技术也是有助于确保符合飞行包线保护的解决方案之一。 触觉执行器安装在驾驶舱内和控制器之间的各种组件上。 它们与飞行员的身体进行物理交互，并快速有效地传输必要的信息。
触觉反馈不仅在实时飞行中有用，还用于在飞行模拟中传达逼真的感觉。 这使飞行学员能够体验到他们只有在现实生活中才会遇到的事件。 例如，您可以使用支持触觉的模拟器来模拟下雨、暴风雨和发动机损坏时的意外情况。
4.汽车设计
触觉技术的应用还将扩大驾驶员与车辆之间的沟通，并增强车辆的整体可用性。 触觉组件可以直接插入各种车辆用户界面 （UI） 组件，包括方向盘、踏板、安全带、仪表板和座椅。
然后，这些触觉接口将用于向驾驶员提供力或触觉反馈。 例如，如果行人可能过马路，振动座椅可以通知驾驶员前方道路。
5.机器人远程操作
远程操作员依靠触觉来接收来自远程机器人工具的关键反馈。 在某些情况下，操作员会实时收到机器人所受力的通知。 这使他们能够精确地执行任务。 例如，机器人定期管理有毒物质并拆除**物体。
6.医疗
触觉反馈设备在现代医疗保健的几个方面发挥着至关重要的作用。 以微创手术为例。 在这里，专用腹腔镜工具的控制装置配备了力和触觉反馈，使医生能够远程准确地检查组织并诊断异常。
触觉反馈设备还使外科医生能够更好地控制机器人驱动的医疗程序。 手术机器人使医生能够在人类无法操作的狭小空间内使用小型工具，甚至在全球任何国家/地区进行手术。 在手术机器人的远程操作中添加触觉反馈可以提高准确性并最大限度地减少手术时间。 组织损伤的风险也大大降低。
此外，触觉反馈设备在培训医生方面也发挥着重要作用。 例如，医学生可以在虚拟患者身上练习，在不危及他人健康的情况下获得实际切口和缝合的“感觉”。 牙科模拟器是这项技术实际应用的另一个例子——牙科学生可以在虚拟现实中钻孔和切割牙龈，并通过触摸模拟现实世界的感觉和结果。
7.娱乐
购物中心和主题公园中的电影院座位和沉浸式游戏设备由触觉设备提供动力，这些设备可以模拟**、天气效果以及其他环境和人类条件。 游戏手柄、操纵杆、喷气式座椅和方向盘等控制器使用触觉或力反馈将身体感觉传递给游戏玩家。
这还不是全部！ 除了游戏控制器和VR头显，触觉还可以覆盖家庭用户。 例如，任何人都可以在线购买的触觉驱动背心一旦穿上，就会向人体的不同部位提供低频。 背心与兼容的家庭娱乐设备相结合，增强了消费游戏和电影等时的体验。
总结
当今市场上有多种触觉配置，每种配置都有一组特定的用例。 触觉技术已经惠及各行各业的消费者，并且随着元宇宙的快速采用，预计只会扩大规模。 但这远非触觉技术的唯一应用。 该技术还以各种形式用于医疗、娱乐、汽车和许多其他领域