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日本開發出通過振動感知遠方氛圍的技術

2021/04/22

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  日本研究人員開發出使用「觸覺」來傳達氛圍等信息的技術。日本産業技術綜合研究所的研究組長小林健、主任研究員竹下俊弘等人與歐姆龍合作,開發出了能傳達遠處的現場情況等的薄膜狀振動元件。這種薄膜的厚度極薄且重量很輕,可通過振動再現觸覺。到2030年前後,或許不直接接觸也能獲得類似於實際接觸的感覺,從而可以更加真實地感受到遠處的現場情況。

    

薄膜狀元件在彎曲狀態下也能實現人能夠感知的振動(圖片由日本産業技術綜合研究所提供)

  

  2030年某月某日,居家辦公的你參加了一場遠程會議。圍繞新産品的宣傳方法,與同事和上司進行了激烈討論。通過手中滑鼠的振動,可以獲知螢幕另一端的同伴時而高興、時而憤怒的樣子。就像面對面召開會議一樣具有臨場感,實現了富有建設性的討論。

            

  研究小組開發的是由矽和金屬薄電極等層疊結構組成的薄膜狀振動元件。這種元件又小又薄,長寬約5毫米,厚度僅為7微米(1微米為百萬分之一米)。利用微機電系統(MEMS)技術,成功將壓電陶瓷片減小至極薄的厚度。

          

  這種薄膜能夠接收視頻中遠處現場情況的數據,並將其轉換成振動。通過不同方式的振動等,進行細緻再現。用戶通過觸摸嵌入設備的薄膜狀振動元件即可獲知現場的氣氛。

          

  利用振動等再現觸覺的「觸覺反饋」技術受到關注,已被用於遊戲機手把及智慧手機等。為了再現振動,採用了配備特殊形狀平衡錘的偏心馬達及將電信號轉化成動能的壓電陶瓷。不過,由於零部件尺寸很大,可使用的地方有限,難以並排使用多個。

      

  此次開發的薄膜有柔性,可以用於曲面等原來難以應用的地方。為了把振動以更真實的觸覺傳遞給皮膚,研究人員設法使薄膜的振幅(位移)增大。

       

  另外,通過高精度模擬找到了振動達到最大的條件等,並進行了設計。實驗中,電壓為10V時位移為11微米。據悉由於指尖能夠感知到約1微米的移動,因此位移距離已經足夠大。

        

  研究小組利用4個薄膜,測試了指尖對多種振動方式的觸覺識別。發現通過調整電壓及振動方式,可以表現多種場景和氛圍。另外,薄膜在彎曲狀態下也可以讓指尖感覺到振動,因此在曲面也可以使用這種薄膜。

         

  此次開發的薄膜將首先嵌入可穿戴設備及平板電腦等。研究小組組長小林表示「可遠程傳遞的信息增多會造成很大衝擊」。利用振動更容易傳遞遠程信息的信號處理方法等將成為課題。

    

  

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