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城大成功研發輕薄、無需電池的「觸覺電子皮膚」

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城大成功研發輕薄、無需電池的「觸覺電子皮膚」

香港城市大學(城大)參與的跨院校研究團隊,成功研發出一套「皮膚集成的觸覺介面」系統,可幫助義肢使用者感受外在環境,亦可應用於社交媒體及遊戲娛樂上。

 

這套全新以皮膚為媒介的虛擬現實(VR)和擴增現實(AR)系統,通過緊貼皮膚的無線致動器,將能源轉換成機械動能,將觸覺刺激傳送到人體。

 

研究成果最近於國際知名科學期刊《自然》發表,論文題目為「皮膚集成無線觸覺介面的虛擬和擴增現實」。

 

論文第一作者、城大生物醫學工程學系助理教授于欣格博士說:「我們的目標是研發出媲美真皮膚的電子皮膚。與市面上同類設備相比,我們的新系統又輕又薄,可以緊貼皮膚,而且不需要電線和電池。」

 

研究團隊採用新的材料、結構、能量傳輸策略和通訊方案,設計出這套系統。運用精巧的結構力學設計,將700餘個功能組件組成厚度小於3毫米的柔韌皮膚器件,不同層面包括:輕薄柔軟且可拉伸的內層,用於包覆功能層,可以緊貼皮膚;由矽膠保護的功能層,裏面有無線控制系統及互相連接的致動器;透氣布料外層,可直接結合到可穿戴衣物上。

 

于博士說:「提供觸覺震動的常規致動器,需要用100毫瓦左右的功率傳輸訊息,但我們以無線射頻(RF)供電,只需低於2個毫瓦的功率便能傳輸訊息,並產生同等的機械震動,解決了無線低功耗能量傳輸的難題,顯著提高了這套系統的操作距離。不單可以節省能源消耗,使用者也免受電線牽絆,更加自由靈活。」

 

目前虛擬與擴增現實技術主要通過視覺和聽覺刺激來創造體驗,但相比眼睛和耳朵,皮膚是人體面積最大的感官系統,因此透過觸覺感應外界環境,效果更好。

 

這項研究成果不單可應用在社交媒體及電子遊戲上,亦可幫助義肢使用者透過觸覺感應外在環境,提供反饋,甚至擴展到臨床醫學應用的相關虛擬場景。

 

這項研究歷時兩年,涉及機械工程學、材料科學、生物醫學、物理學和化學等不同範疇。于博士指出,最大的困難是要將各種技術合而為一。他說:「生物醫學工程就是創造出大家以前覺得不可能的發明,感謝城大生物醫學工程學系提供科研平台,以及系主任孫東教授的大力支持。」

 

其他研究團隊成員包括美國西北大學、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、賓夕法尼亞州立大學、英國布里斯托大學、清華大學及山東大學等高等學府的學者。該研究獲得城大、西北大學、國家自然科學基金委員會及美國國家科學基金會贊助。

 

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