《電子技術(shù)應(yīng)用》
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5G 技術(shù)普及,觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)也要變成現(xiàn)實(shí)了?

2019-06-19

  人們的視聽(tīng)需求藉由互聯(lián)網(wǎng)得到滿(mǎn)足。如果互聯(lián)網(wǎng)能夠滿(mǎn)足人們的另一種需求——觸覺(jué),那將是什么樣的體驗(yàn)?隨著 5G 技術(shù)的誕生與普及,科學(xué)家們正開(kāi)始構(gòu)建觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)。觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)的概念由德國(guó)德累斯頓技術(shù)大學(xué)教授 Gerhard Fettweis 提出。2012 年, Gerhard 教授和他的團(tuán)隊(duì)在就開(kāi)始思考如何實(shí)施遠(yuǎn)程觸控機(jī)器人。他們說(shuō),我們不應(yīng)該僅僅看到和聽(tīng)到發(fā)生在遠(yuǎn)方的事情,還應(yīng)該能觸碰和感受到它們。利用比特和字節(jié)構(gòu)建的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)精確傳遞等同于人類(lèi)觸覺(jué)的感受。而自從 Mischa Dohler 在巴塞羅那召開(kāi)的世界移動(dòng)通信大會(huì)上作了演講,觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)迅速成為了那次會(huì)議的熱詞。

  但要讓觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)變成現(xiàn)實(shí),數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú)論如何也要變得更快才有望實(shí)現(xiàn),而 5G 為觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)的誕生帶來(lái)基礎(chǔ)。觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性,但研究人員和公司已經(jīng)對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣。

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  圖源:Gaudilab/Shutterstock

  有了 5G ,我們就可以超越音頻和視頻,通過(guò)觸摸進(jìn)行交流。

  5G 是下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)。它提供的速度比當(dāng)前 4G 網(wǎng)絡(luò)要快 10 倍,甚至 20 倍,具有更快的數(shù)據(jù)上傳和下載速度、更大的帶寬和更穩(wěn)定的連接。這將使我們能夠更快地使用移動(dòng)設(shè)備完成當(dāng)前所做的一切,包括流媒體直播 4K 視頻和瞬間下載電影。

  然而, 5G 的速度和帶寬也為其他連接設(shè)備帶來(lái)了大量新機(jī)遇,包括以前所未有的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。其中最令人興奮的是觸覺(jué),或者說(shuō)是 觸感通信(haptic communication) ——通過(guò)遠(yuǎn)程傳遞身體感覺(jué)的觸覺(jué)。

  什么是觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)?

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)將使觸覺(jué)能夠遠(yuǎn)距離傳輸,不管有沒(méi)有視覺(jué)反饋——這在以前是不可能的,因?yàn)樗璧臄?shù)據(jù)量極其龐大,而且還需要超低延遲的連接來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)有潛力使增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)更具沉浸感,幫助遠(yuǎn)程操作的機(jī)器變得更加精確,在醫(yī)療保健領(lǐng)域開(kāi)辟了新的途徑,并在教育領(lǐng)域提供了新的機(jī)會(huì)——而這僅僅是開(kāi)始。

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  圖源:vectorfusionart/Shutterstock

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)是如何工作的?

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)面臨的最大挑戰(zhàn)之一,是在沒(méi)有物理表面的情況下,給皮膚創(chuàng)造壓力感。有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),其中最有前途的方法是緊密聚焦聲波(tightly focused sound waves)。

  英國(guó) UltraHaptics 公司開(kāi)發(fā)了一種利用超聲波在空中產(chǎn)生觸覺(jué)反饋的系統(tǒng)。它的硬件配有超聲波換能器(微型高頻揚(yáng)聲器),這些換能器可單獨(dú)控制,在皮膚上創(chuàng)造不同的感覺(jué)。如果你想象不出來(lái)是什么樣子,那請(qǐng)你想象一下在一場(chǎng)音樂(lè)會(huì)上,通過(guò)身體感受低音是什么感覺(jué)。

  這些傳感器與一個(gè)深度相機(jī)配對(duì),允許系統(tǒng)軟件檢測(cè)你手部位置并做出相應(yīng)的反應(yīng)。屏幕或虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔可以提供伴隨的視覺(jué)和音頻,使虛擬物體具有觸覺(jué)。

  Microsoft 正在開(kāi)發(fā)另一種觸覺(jué)反饋形式,它使用空氣漩渦環(huán)(air vortex rings,也就是空氣炮)。與 UltraHaptics 的技術(shù)一樣,硬件類(lèi)似于揚(yáng)聲器的振膜。但在這種情況下,空氣被推入一個(gè)小孔,變成一個(gè)集中的環(huán),可以使 4 英寸的分辨率移動(dòng) 8.2 英尺遠(yuǎn),雖然遠(yuǎn)不如超聲波系統(tǒng)那么精確,但勝在距離更遠(yuǎn)。

  增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在設(shè)計(jì)和工程領(lǐng)域有了發(fā)展的跡象,觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)將使工人能夠更直接地與他們創(chuàng)作互動(dòng),虛擬對(duì)象會(huì)讓人感覺(jué)更穩(wěn)定。再加上 5G 的超低延遲,對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō),那些曾經(jīng)感覺(jué)不到連接的控制將變得觸手可及。

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  圖源:PaO_STUDIO/Shutterstock

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)要怎么用?

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)的首批用途之一無(wú)疑是游戲方面,讓玩家感受到他們與之互動(dòng)的虛擬環(huán)境,但它也有著更廣泛的潛力。

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)最重要的應(yīng)用之一是醫(yī)學(xué)。一旦 5G 得到普及,偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們就可以獲得過(guò)去需要數(shù)小時(shí)旅程才能獲得的醫(yī)療服務(wù),包括遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)咨詢(xún)。但由于有了觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng),通過(guò)遠(yuǎn)程操作機(jī)器人進(jìn)行治療也將成為可能。

  得益于 5G 技術(shù),不僅可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人,醫(yī)生還能接收到觸覺(jué)反饋,幫助他們進(jìn)行更精確的工作。

  例如,觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)可以使外科醫(yī)生感受到遠(yuǎn)程遙控手術(shù)刀施加的壓力,或者讓骨科醫(yī)生操縱關(guān)節(jié)幫助病人從損傷中恢復(fù)。

  由 5G 技術(shù)驅(qū)動(dòng)的觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)也有望改善殘疾人的生活。到目前為止,盲文智能手機(jī)的發(fā)展鮮有超越概念圖紙的時(shí)候。因?yàn)閯?chuàng)建一個(gè)可以動(dòng)態(tài)地改變形狀、重現(xiàn)必要的凸起點(diǎn)圖案的表面非常困難。有了觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)的觸覺(jué)技術(shù),盲文通信將會(huì)變得容易得多,因?yàn)榘l(fā)射器產(chǎn)生的“凸起”可以讓盲人感覺(jué)到,并能夠在幾秒鐘內(nèi)改變。

  結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí),觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)也將在工業(yè)中得到應(yīng)用。對(duì)于設(shè)計(jì)師和工程師來(lái)說(shuō),這將使他們?cè)谔摂M空間中能夠更精確地操作 3D 模型。像 Volvo 這樣的公司已經(jīng)在試驗(yàn)應(yīng)用 Microsoft Holoens 和 Google Glass,以幫助在生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行復(fù)雜的裝配,并增加了觸覺(jué)的反饋,可以使工作更容易、更安全。如果部件放錯(cuò)了位置,就會(huì)提供觸覺(jué)警告,并使其與工人視野中的指令交互更加簡(jiǎn)單容易。

  對(duì)汽車(chē)制造商而言,觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)也將使司機(jī)更容易將注意力集中在前方的道路上。全自動(dòng)汽車(chē)還需要很多年以后才能普及,而且,帶有大觸摸屏的的信息娛樂(lè)系統(tǒng)的普及意味著現(xiàn)代汽車(chē)充滿(mǎn)了潛在的干擾。有了觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng),司機(jī)只需觸摸就可以與車(chē)內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行交互,而無(wú)需低頭查看顯示器和控制器。

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)了幾乎無(wú)數(shù)種的可能性。試想如果一個(gè)任務(wù)目前涉及通過(guò)音頻或視頻進(jìn)行通信,那么觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)可以增加另一層交互。

  觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)?

  Microsoft 的漩渦環(huán)系統(tǒng)仍處于試驗(yàn)階段,但 UltraHaptics 的超聲波技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化,可作為開(kāi)發(fā)套件供任何對(duì)觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng)感興趣的人們使用。目前,大多數(shù)應(yīng)用程序都涉及到公共空間中的游戲。但隨著 5G 的推出,我們希望能夠看到它有更多新奇的用途。

  5G 將以更高的質(zhì)量、更流暢、更逼真的視聽(tīng)效果來(lái)改變虛擬現(xiàn)實(shí),多虧了觸覺(jué)互聯(lián)網(wǎng),你不僅能夠看到、聽(tīng)到虛擬世界,還能感受到它。


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