元宇宙技術拼圖再加一塊！
作者：陸玫
可觸摸的元宇宙——5月30日，西湖大學發表最新虛擬現實交互領域研究成果，在國際上首次提出並開發了“高保真主動機械觸感交互系統”，為元宇宙帶來了全新的觸覺感知維度。
倫敦時間5月29日16:00，Nature Machine Intelligence（《自然-機器智能》）在線發表了西湖大學姜漢卿團隊的該項研究成果“Active Mechanical Haptics with High-Fidelity Perceptions for Immersive Virtual Reality”。
澎湃新聞（www.thepaper.cn)從西湖大學了解到，這項研究借鑒了古老的東方手工技藝“摺紙”，這意味著他們藉鑑摺紙藝術，讓VR眼鏡裡的虛擬世界不僅可見、可聽，還可“觸摸”。
眾所周知，當前的VR交互，僅可提供視覺與聽覺體驗，呈現的是一個僅可遠觀、卻無法觸碰的虛擬空間，而觸覺恰恰是人類獲得主體感的關鍵——在人類的五感（視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺）中，視、聽覺在信息接收方面居於主導地位，味、嗅覺處於輔助地位，觸覺則居於根本地位（我們據此獲得物主感，這是區分主體和客體的關鍵）。
研究者們曾經嘗試過很多種“解決”方案，大多是通過震動或壓力代償創造“被動觸感”：例如具有振動功能的手柄；柔性電子科學家、西北大學John Rogers院士發明的可以貼在皮膚上的振動馬達；以及Meta在2021年發布的觸覺感知手套，通過氣囊壓迫給予用戶抓取物體時的觸感……然而，這些“觸感”就如同你的手機忽然振動了一下，或者是坐在4D電影院裡突然感受到座椅的晃動，你的體感都是由設備出發、給予你一種被動的交互體驗，距離日常生活中真實的、由人類主動觸發的“觸覺”還差距甚遠。
最前沿的VR和元宇宙，怎麼會因為傳統的摺紙藝術而破局？
澎湃新聞了解到，姜漢卿在2021年6月結束了在美國亞利桑那州立大學十五年的任教，正式加盟西湖大學。在西湖大學，他最早啟動的課題之一就是柔性電子與軟/硬異質性材料研究，即“摺紙機械超材料”。這指的是並非自然形成，而是人為構造的材料結構，材料的性能不依賴於材料的分子結構或者晶體結構本身，主要依賴於其精巧的構型裡面的結構細節。
“摺紙材料可能很軟，但是依賴於不同的折疊方式，摺紙結構又會變得很硬，基於摺紙結構的機器人，就可以隨時調節軟硬程度。”姜漢卿萌生了把“摺紙”和元宇宙結合起來的念頭。
擺脫當前虛擬現實交互的固有思維定式，姜漢卿創造了“主動觸覺”這個新概念——不同於肩、胸、腰、背等人類身體通常接收“被動觸覺”的部位，人的手和腳通常是主動出擊，通過主動觸摸去感知物理世界。研究團隊選擇從“機械觸感”（即剛度，物品的軟硬觸感）入手，模擬手和腳主動觸摸物體時的感覺。
高保真主動機械觸感交互系統的局部結構
他們研發了一套“高保真主動機械觸感交互系統”，利用不同材質、不同尺寸的摺紙模塊搭建了兩種不同維度的交互裝置：一種可引發局部觸感的手持式裝置,與一種可以產生全身體感的腳踏式裝置。在使用手持式交互裝置時，用戶可通過主動抓握，體驗其所交互的不同物品的軟硬程度；在使用腳踏式裝置時，用戶則可通過主動踩踏，以全身運動的形式體驗其所處的環境地面特性。
這種主動機械觸感的實現，正是源於硬件設備內部曲面摺紙結構在交互過程中、由用戶主動觸發的被動變形——在電機的配合作用下，曲面摺紙能彎曲成不同的角度，也會產生不同大小的反力，從而給予用戶手足不同的“彈性”反饋。
這種觸覺的變化傳遞給大腦，大腦就會根據“軟硬”做出判斷：抓到的是棉花，是木板，還是鋼球……如果把手換成腳，大腦同樣會根據腳所傳遞的剛度反饋，來判定人是走在馬路上、草地上，還是踩在冰上……由此，在元宇宙的虛擬世界中，就可以實現“所見即所觸，所處即所踏”。
據西湖大學介紹，接下來，姜漢卿研究團隊將繼續尋找多模式的感知、還原更完整的觸覺，在形態上，他們正在嘗試和柔性電子整合，實現主動觸覺與被動觸覺的結合，以及努力用摺紙實現更大尺度的體驗，在更大的場景中實現交互。
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