原創(chuàng) R星人 VRAR星球

維克多專欄

◆ 本文為VRAR星球原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系星球 ◆

VR 交互不使用傳統(tǒng)的物理輸入技術(shù)，如鍵盤、鼠標(biāo)、手柄或觸摸屏等，而是通過(guò)觸覺(jué)技術(shù)，使用戶完成輸入，以達(dá)到在虛擬空間交互中，能夠再現(xiàn)觸覺(jué)感受。
據(jù)國(guó)際著名技術(shù)研究與咨詢公司Technavio 分析，預(yù)計(jì) 2021 年到 2025 年間，VR觸覺(jué)技術(shù)市場(chǎng)增長(zhǎng)將超158.4億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)15.96%。

圖：Technavio的分析報(bào)告。 近年來(lái)，在全球嶄露頭角的一些最具創(chuàng)新性的VR 觸覺(jué)技術(shù)，將會(huì)塑造行業(yè)的未來(lái)。
維克多專欄之前已經(jīng)介紹了
英國(guó)格拉斯哥大學(xué)新近研發(fā)完成的氣動(dòng)觸覺(jué)技術(shù)
以及柔性電子皮膚觸覺(jué)技術(shù)系列文章第一篇：2022全球領(lǐng)先VR觸覺(jué)技術(shù)創(chuàng)新：(2) 柔性電子皮膚(上）第二篇：2022全球領(lǐng)先VR觸覺(jué)技術(shù)創(chuàng)新：(2) 柔性電子皮膚(中）
今天，將為大家?guī)?lái)柔性電子皮膚觸覺(jué)技術(shù)系列的下篇：機(jī)器人VR。
2022年1月14日，于欣格研究團(tuán)隊(duì)在權(quán)威國(guó)際期刊Science Advances，發(fā)表論文《電子皮膚作為機(jī)器人VR 的無(wú)線人機(jī)界面》（Electronic Skin As Wireless Human-Machine Interfaces For Robotic VR），向外界公布一項(xiàng)基于柔性電子皮膚的新成果。

圖：Science Advances論文《電子皮膚作為機(jī)器人VR的無(wú)線人機(jī)界面》。
這項(xiàng)由香港城市大學(xué)、大連理工大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)電子科技大學(xué)學(xué)者合作的研究成果，是將電子皮膚貼片與機(jī)器人結(jié)合，構(gòu)成無(wú)線人機(jī)交互系統(tǒng)——機(jī)器人VR。
只要貼上電子皮膚貼片，人類就能跟機(jī)器共享觸覺(jué)。貼片既可以小到無(wú)感，也可以大成一件上衣，通過(guò)振動(dòng)力度和頻率來(lái)反饋觸覺(jué)。使用者戴上VR設(shè)備，就能遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，完成如同親臨現(xiàn)場(chǎng)并有觸感的精細(xì)操作。

圖：機(jī)器人 VR。 機(jī)器人VR是一個(gè)皮膚集成電子系統(tǒng)，一個(gè)帶有類皮膚傳感器和小型化軟驅(qū)動(dòng)器的無(wú)線控制HMIs（人機(jī)界面管理信息系統(tǒng)）。
傳統(tǒng) HMIs 在可穿戴性、舒適性和功能等方面局限較多，機(jī)器笨重昂貴，缺乏足夠反饋。開發(fā)具有精確傳感和反饋功能的CL-HMIs（閉環(huán)人機(jī)界面管理信息系統(tǒng)）顯得尤為必要。
這種基于電子皮膚的 CL-HMIs 系統(tǒng)，可與人全身兼容，通過(guò)近場(chǎng)通信（NFC）、藍(lán)牙、Wi-Fi 等，進(jìn)行無(wú)線運(yùn)動(dòng)捕捉和觸覺(jué)反饋。并通過(guò)皮膚集成的電子設(shè)備，將視覺(jué)和觸覺(jué)感知，集成到機(jī)器人VR的 CL-HMIs 之中。

這項(xiàng)機(jī)器人VR技術(shù)目前正被研究開發(fā)應(yīng)用于以下方面：

01.

遠(yuǎn)程核酸檢測(cè)

機(jī)器人VR項(xiàng)目起步于2020年初。當(dāng)時(shí)新冠肺炎疫情確診病例不斷上升，醫(yī)療資源短缺，核酸采樣效率較低，醫(yī)護(hù)人員感染風(fēng)險(xiǎn)巨大，這讓于欣格開始思考能否開發(fā)一個(gè)遠(yuǎn)程控制采樣機(jī)器人。
過(guò)去的兩年里，有多家科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)了能讓醫(yī)護(hù)人員遠(yuǎn)程操縱機(jī)械臂完成核酸采樣的系統(tǒng)。不過(guò)相比于直接上手，這些操作存在一個(gè)難點(diǎn)——很難掌握下手的輕重。畢竟不是自己的手，醫(yī)護(hù)人員只能憑豐富的經(jīng)驗(yàn)去想象應(yīng)該把控多大的力度，來(lái)操控機(jī)器捅受檢人員的鼻孔和嗓子。
于欣格團(tuán)隊(duì)用一張電子皮膚，貼在操控者手臂，與核酸采樣機(jī)器人獲得交互聯(lián)動(dòng)，讓機(jī)器人把觸覺(jué)同步反饋給醫(yī)護(hù)人員，就此準(zhǔn)確感知機(jī)器人下手的輕重，使問(wèn)題圓滿解決。

圖：基于電子皮膚的機(jī)器人V遠(yuǎn)程檢測(cè)核酸演示。

02.

遠(yuǎn)程手術(shù)及手術(shù)訓(xùn)練

使用手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)時(shí)，醫(yī)生一般很難直接獲取手術(shù)的實(shí)時(shí)觸覺(jué)信息。比如，是否切到正確位置、下刀的輕重等，這些情況只能通過(guò)數(shù)據(jù)獲知。如果“貼上”電子皮膚，醫(yī)生遠(yuǎn)程操控機(jī)器人時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)全方位感知，近似于零距離感知手術(shù)過(guò)程，使手術(shù)更為精準(zhǔn)。
機(jī)器人VR還可用于手術(shù)前的模擬訓(xùn)練。如手術(shù)姿勢(shì)不對(duì)，設(shè)備會(huì)反饋給醫(yī)生，進(jìn)行提醒，讓其糾正。

03.

健康及身體監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)醫(yī)療器械，體積大，線路多，不便于對(duì)疾病進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果把機(jī)器人等設(shè)備整合到皮膚觸覺(jué)反饋系統(tǒng)當(dāng)中，通過(guò)一套輕薄可穿戴便攜式的系統(tǒng)，便可輕松實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
并可以據(jù)此開發(fā)出一套實(shí)現(xiàn)全民健康監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，收集身體狀態(tài)信號(hào)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等工具，將采集到的信號(hào)進(jìn)行分類，以此預(yù)測(cè)潛在的突發(fā)疾病。這樣不僅能實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)控，還能實(shí)現(xiàn)生命的紅燈預(yù)警。
病人住院治療，身上常連接多種生命體征指標(biāo)監(jiān)控設(shè)備，人被束縛于各種管線之中，極不舒服。為此可開發(fā)輕軟小型電子皮膚，貼在患者身上，與機(jī)器人無(wú)線連接，傳輸各種生命指標(biāo)數(shù)據(jù)，以取代傳統(tǒng)監(jiān)控方式，讓患者的治療過(guò)程更為舒適。

圖：柔性電子生物設(shè)備將取代傳統(tǒng)設(shè)備。

出生于吉林的于欣格，本碩畢業(yè)于中國(guó)電子科技大學(xué)，2011年赴美國(guó)西北大學(xué)攻讀博士，博士畢業(yè)后至美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納－香檳分校從事博士后研究，2018年到香港城市大學(xué)任教。

柔性電子皮膚涉及力學(xué)、機(jī)械工程、電子工程，生物醫(yī)學(xué)工程等眾多學(xué)科，需要多學(xué)科專家學(xué)者通力合作才能完成。于欣格中外學(xué)習(xí)研究背景，有利于他組建起由香港城市大學(xué)、電子科技大學(xué)、大連理工大學(xué)、清華大學(xué)、山東大學(xué)、美國(guó)西北大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)厄巴納－香檳分校、賓夕法尼亞州立大學(xué)、英國(guó)布里斯托大學(xué)等多所高校專家學(xué)者構(gòu)成的科研團(tuán)隊(duì)。
于欣格對(duì)媒體表示，如今團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的柔性電子皮膚技術(shù)已經(jīng)比較成熟，未來(lái)三年內(nèi)應(yīng)該會(huì)有不錯(cuò)的產(chǎn)品落地。
柔性電子皮膚的研究應(yīng)用剛剛起步，將來(lái)會(huì)有無(wú)限可能，我們欣喜地期待中國(guó)年輕的科技工作者，在未來(lái)的日子里給人們帶來(lái)更多令人驚艷的新成果。

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