声波创造触觉新体验

2016-10-29松园

百科知识 2016年16期

松园

三维虚拟影像的概念现在人们很容易理解，它是视觉上的三维影像，无法触摸，没有触觉上的柔软度、光滑度和质感。现在，科学家正在创造另一种三维虚拟物体，它没有影像，但人的触觉能真实地感觉到它的存在。而给人带来这种全新的感觉体验的“媒介”就是我们非常熟悉的声波。

声波如何制造“触觉”

假若你去狂热的音乐会现场，便能体验到声波和触觉之间存在着联系。那些声音不仅冲击着你的耳膜，而且震荡着你的身体。人体感觉到震动和触觉的产生在原理上是相同的。皮肤上的细胞拥有一种名为“机械性感受器”的神经末梢，一旦它们侦测到了压力，它们就会向大脑释放信号。“机械性感受器”也存在于人的内耳中，它们被称为毛细胞，它们将声音转变成电信号，这些电信号通过神经传入大脑。

事实上，用声波创造触觉体验并不神秘，全世界有很多科学家都在探索使用声波制造“虚拟”的触觉。他们使用的声波属于超声波，这种声波频率很高，乃至于人的耳朵无法听见它们，与此同时，它们也能产生人的皮肤足以感觉到的压力，于是这种声波就能在皮肤上制造触感了。科学家们可以通过调节声波改变这种触感的方位和形状，还可以引导触感精确地发生于很小的范围内。

现实版的“牵引光束”

物理学家探索声波的物理感觉已经经历了100多年，然而直到现在人们才开始探索如何将声波产生的“触觉”运用于电子设备中。

英国苏塞克斯大学的计算机科学家斯里拉姆·萨布拉马尼安和他的同事尝试用声波控制电子设备，让人们可以不用触摸设备就实现与电子屏幕进行交流。例如，人们可以在屏幕前挥动他们的手，从而启动一个程序。这些科学家认为，使用超声波在屏幕周围悬浮一些物体就能实现这个目标。

后来，萨布拉马尼安找到了一个合作伙伴，当时还是英国布里斯托大学学生的汤姆·卡特着手研制一种能发射高频声波的声波换能器。他们使用320个换能器连接一个电脑，这个系统允许他们精确地调整声波，并在半空中制造一个虚拟的飘浮物。2013年，他们在一个科学会议上第一次展示了这种“超触觉装置”。2015年，他们展示了超声波如何悬浮、移动和操纵一个小物体。他们将这个发明称为“牵引光束”——这是一个因科幻小说而为人熟知的名称，“牵引光束”可以使用能量捕获物体，例如敌方的太空船等，而萨布拉马尼安等人推出的新型的“声音牵引”则有望从科幻中走出，成为一种实际存在的可用于操纵物体的隐形“镊子”。

萨布拉马尼安和汤姆·卡特组建了一家名为“超触觉”的公司，希望他们的声波科技能为电子学开辟全新的发展途径。也许未来的司机只要在空中活动他们的手指就能拨打电话和收听广播，而视线完全不用离开前方的道路;未来的游戏玩家不仅能看到和听到他们的游戏世界，还能实实在在地触摸到那个虚拟的世界。

前景不可限量

日本东京大学的工程师筱田秀行和他的研究团队公布了一个名为“克隆接触”的系统。这个系统把类似“超触觉”的科技运用于通讯和交流，它看上去像两个大盒子，每个足以装下一个篮球。其中一个装了一个真实的球，另一个则显示那个球的影像。由于盒子之间的一组镜子，那虚幻的球在运动的时候和真实的球是完全同步的。

筱田秀行等人在这个装置中安装了一组超声波换能器，这使得装置中的真实物体和它的影像能够通过触碰实现“交流”。例如，假若有人推动了真实的物体，那么它的影像也会发生同步的运动，这看起来并不稀奇，任何反射的影像都会如此，然而假若有人把手伸进盒子推动那个虚幻的反射影像，他的手指也会真的感到物体的存在，这就是声波在发生作用了。当人们触碰到了那个虚幻的影像，它会真的动起来，就像触碰了真实的物体一样，更为神奇的是，那个真实的物体也动了起来。任何作用于一边的力引起的运动都会同步地发生在另一边。假若两个人分别将手指伸进不同的盒子中，他们就会觉得真实地触碰到了对方的手，而那也只是声波制造的虚幻感觉而已。