聲波創(chuàng)造觸覺(jué)新體驗(yàn)

松園

三維虛擬影像的概念現(xiàn)在人們很容易理解，它是視覺(jué)上的三維影像，無(wú)法觸摸，沒(méi)有觸覺(jué)上的柔軟度、光滑度和質(zhì)感。現(xiàn)在，科學(xué)家正在創(chuàng)造另一種三維虛擬物體，它沒(méi)有影像，但人的觸覺(jué)能真實(shí)地感覺(jué)到它的存在。而給人帶來(lái)這種全新的感覺(jué)體驗(yàn)的“媒介”就是我們非常熟悉的聲波。

聲波如何制造“觸覺(jué)”

假若你去狂熱的音樂(lè)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，便能體驗(yàn)到聲波和觸覺(jué)之間存在著聯(lián)系。那些聲音不僅沖擊著你的耳膜，而且震蕩著你的身體。人體感覺(jué)到震動(dòng)和觸覺(jué)的產(chǎn)生在原理上是相同的。皮膚上的細(xì)胞擁有一種名為“機(jī)械性感受器”的神經(jīng)末梢，一旦它們偵測(cè)到了壓力，它們就會(huì)向大腦釋放信號(hào)。“機(jī)械性感受器”也存在于人的內(nèi)耳中，它們被稱為毛細(xì)胞，它們將聲音轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，這些電信號(hào)通過(guò)神經(jīng)傳入大腦。

事實(shí)上，用聲波創(chuàng)造觸覺(jué)體驗(yàn)并不神秘，全世界有很多科學(xué)家都在探索使用聲波制造“虛擬”的觸覺(jué)。他們使用的聲波屬于超聲波，這種聲波頻率很高，乃至于人的耳朵無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)它們，與此同時(shí)，它們也能產(chǎn)生人的皮膚足以感覺(jué)到的壓力，于是這種聲波就能在皮膚上制造觸感了。科學(xué)家們可以通過(guò)調(diào)節(jié)聲波改變這種觸感的方位和形狀，還可以引導(dǎo)觸感精確地發(fā)生于很小的范圍內(nèi)。

現(xiàn)實(shí)版的“牽引光束”

物理學(xué)家探索聲波的物理感覺(jué)已經(jīng)經(jīng)歷了100多年，然而直到現(xiàn)在人們才開(kāi)始探索如何將聲波產(chǎn)生的“觸覺(jué)”運(yùn)用于電子設(shè)備中。

英國(guó)蘇塞克斯大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯里拉姆·薩布拉馬尼安和他的同事嘗試用聲波控制電子設(shè)備，讓人們可以不用觸摸設(shè)備就實(shí)現(xiàn)與電子屏幕進(jìn)行交流。例如，人們可以在屏幕前揮動(dòng)他們的手，從而啟動(dòng)一個(gè)程序。這些科學(xué)家認(rèn)為，使用超聲波在屏幕周圍懸浮一些物體就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

后來(lái)，薩布拉馬尼安找到了一個(gè)合作伙伴，當(dāng)時(shí)還是英國(guó)布里斯托大學(xué)學(xué)生的湯姆·卡特著手研制一種能發(fā)射高頻聲波的聲波換能器。他們使用320個(gè)換能器連接一個(gè)電腦，這個(gè)系統(tǒng)允許他們精確地調(diào)整聲波，并在半空中制造一個(gè)虛擬的飄浮物。2013年，他們?cè)谝粋€(gè)科學(xué)會(huì)議上第一次展示了這種“超觸覺(jué)裝置”。2015年，他們展示了超聲波如何懸浮、移動(dòng)和操縱一個(gè)小物體。他們將這個(gè)發(fā)明稱為“牽引光束”——這是一個(gè)因科幻小說(shuō)而為人熟知的名稱，“牽引光束”可以使用能量捕獲物體，例如敵方的太空船等，而薩布拉馬尼安等人推出的新型的“聲音牽引”則有望從科幻中走出，成為一種實(shí)際存在的可用于操縱物體的隱形“鑷子”。

薩布拉馬尼安和湯姆·卡特組建了一家名為“超觸覺(jué)”的公司，希望他們的聲波科技能為電子學(xué)開(kāi)辟全新的發(fā)展途徑。也許未來(lái)的司機(jī)只要在空中活動(dòng)他們的手指就能撥打電話和收聽(tīng)廣播，而視線完全不用離開(kāi)前方的道路;未來(lái)的游戲玩家不僅能看到和聽(tīng)到他們的游戲世界，還能實(shí)實(shí)在在地觸摸到那個(gè)虛擬的世界。

前景不可限量

日本東京大學(xué)的工程師筱田秀行和他的研究團(tuán)隊(duì)公布了一個(gè)名為“克隆接觸”的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)把類似“超觸覺(jué)”的科技運(yùn)用于通訊和交流，它看上去像兩個(gè)大盒子，每個(gè)足以裝下一個(gè)籃球。其中一個(gè)裝了一個(gè)真實(shí)的球，另一個(gè)則顯示那個(gè)球的影像。由于盒子之間的一組鏡子，那虛幻的球在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候和真實(shí)的球是完全同步的。

筱田秀行等人在這個(gè)裝置中安裝了一組超聲波換能器，這使得裝置中的真實(shí)物體和它的影像能夠通過(guò)觸碰實(shí)現(xiàn)“交流”。例如，假若有人推動(dòng)了真實(shí)的物體，那么它的影像也會(huì)發(fā)生同步的運(yùn)動(dòng)，這看起來(lái)并不稀奇，任何反射的影像都會(huì)如此，然而假若有人把手伸進(jìn)盒子推動(dòng)那個(gè)虛幻的反射影像，他的手指也會(huì)真的感到物體的存在，這就是聲波在發(fā)生作用了。當(dāng)人們觸碰到了那個(gè)虛幻的影像，它會(huì)真的動(dòng)起來(lái)，就像觸碰了真實(shí)的物體一樣，更為神奇的是，那個(gè)真實(shí)的物體也動(dòng)了起來(lái)。任何作用于一邊的力引起的運(yùn)動(dòng)都會(huì)同步地發(fā)生在另一邊。假若兩個(gè)人分別將手指伸進(jìn)不同的盒子中，他們就會(huì)覺(jué)得真實(shí)地觸碰到了對(duì)方的手，而那也只是聲波制造的虛幻感覺(jué)而已。

科學(xué)家們創(chuàng)造出了一種可以觸摸的三維“物體”，它沒(méi)有影像，但有質(zhì)感，有硬度

筱田秀行還設(shè)想了一種更加實(shí)用的“克隆接觸”裝置，它將幫助相隔遙遠(yuǎn)的人實(shí)現(xiàn)相互接觸。例如一個(gè)孩子能依靠這種裝置感到他的父母就在身邊。

將聲波和觸覺(jué)聯(lián)系起來(lái)是科學(xué)家們一直努力的方向，目前的裝置雖然還不完善，但開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的領(lǐng)域，給人們帶來(lái)的體驗(yàn)也是全新的。許多人認(rèn)為，它可能引發(fā)重要的創(chuàng)新，帶來(lái)全新的科技。它的應(yīng)用前景是不可限量的。

【責(zé)任編輯】龐 云