聲波創造觸覺新體驗

松園

三維虛擬影像的概念現在人們很容易理解，它是視覺上的三維影像，無法觸摸，沒有觸覺上的柔軟度、光滑度和質感。現在，科學家正在創造另一種三維虛擬物體，它沒有影像，但人的觸覺能真實地感覺到它的存在。而給人帶來這種全新的感覺體驗的“媒介”就是我們非常熟悉的聲波。

聲波如何制造“觸覺”

假若你去狂熱的音樂會現場，便能體驗到聲波和觸覺之間存在著聯系。那些聲音不僅沖擊著你的耳膜，而且震蕩著你的身體。人體感覺到震動和觸覺的產生在原理上是相同的。皮膚上的細胞擁有一種名為“機械性感受器”的神經末梢，一旦它們偵測到了壓力，它們就會向大腦釋放信號。“機械性感受器”也存在于人的內耳中，它們被稱為毛細胞，它們將聲音轉變成電信號，這些電信號通過神經傳入大腦。

事實上，用聲波創造觸覺體驗并不神秘，全世界有很多科學家都在探索使用聲波制造“虛擬”的觸覺。他們使用的聲波屬于超聲波，這種聲波頻率很高，乃至于人的耳朵無法聽見它們，與此同時，它們也能產生人的皮膚足以感覺到的壓力，于是這種聲波就能在皮膚上制造觸感了。科學家們可以通過調節聲波改變這種觸感的方位和形狀，還可以引導觸感精確地發生于很小的范圍內。

現實版的“牽引光束”

物理學家探索聲波的物理感覺已經經歷了100多年，然而直到現在人們才開始探索如何將聲波產生的“觸覺”運用于電子設備中。

英國蘇塞克斯大學的計算機科學家斯里拉姆·薩布拉馬尼安和他的同事嘗試用聲波控制電子設備，讓人們可以不用觸摸設備就實現與電子屏幕進行交流。例如，人們可以在屏幕前揮動他們的手，從而啟動一個程序。這些科學家認為，使用超聲波在屏幕周圍懸浮一些物體就能實現這個目標。

后來，薩布拉馬尼安找到了一個合作伙伴，當時還是英國布里斯托大學學生的湯姆·卡特著手研制一種能發射高頻聲波的聲波換能器。他們使用320個換能器連接一個電腦，這個系統允許他們精確地調整聲波，并在半空中制造一個虛擬的飄浮物。2013年，他們在一個科學會議上第一次展示了這種“超觸覺裝置”。2015年，他們展示了超聲波如何懸浮、移動和操縱一個小物體。他們將這個發明稱為“牽引光束”——這是一個因科幻小說而為人熟知的名稱，“牽引光束”可以使用能量捕獲物體，例如敵方的太空船等，而薩布拉馬尼安等人推出的新型的“聲音牽引”則有望從科幻中走出，成為一種實際存在的可用于操縱物體的隱形“鑷子”。

薩布拉馬尼安和湯姆·卡特組建了一家名為“超觸覺”的公司，希望他們的聲波科技能為電子學開辟全新的發展途徑。也許未來的司機只要在空中活動他們的手指就能撥打電話和收聽廣播，而視線完全不用離開前方的道路;未來的游戲玩家不僅能看到和聽到他們的游戲世界，還能實實在在地觸摸到那個虛擬的世界。

前景不可限量

日本東京大學的工程師筱田秀行和他的研究團隊公布了一個名為“克隆接觸”的系統。這個系統把類似“超觸覺”的科技運用于通訊和交流，它看上去像兩個大盒子，每個足以裝下一個籃球。其中一個裝了一個真實的球，另一個則顯示那個球的影像。由于盒子之間的一組鏡子，那虛幻的球在運動的時候和真實的球是完全同步的。

筱田秀行等人在這個裝置中安裝了一組超聲波換能器，這使得裝置中的真實物體和它的影像能夠通過觸碰實現“交流”。例如，假若有人推動了真實的物體，那么它的影像也會發生同步的運動，這看起來并不稀奇，任何反射的影像都會如此，然而假若有人把手伸進盒子推動那個虛幻的反射影像，他的手指也會真的感到物體的存在，這就是聲波在發生作用了。當人們觸碰到了那個虛幻的影像，它會真的動起來，就像觸碰了真實的物體一樣，更為神奇的是，那個真實的物體也動了起來。任何作用于一邊的力引起的運動都會同步地發生在另一邊。假若兩個人分別將手指伸進不同的盒子中，他們就會覺得真實地觸碰到了對方的手，而那也只是聲波制造的虛幻感覺而已。

科學家們創造出了一種可以觸摸的三維“物體”，它沒有影像，但有質感，有硬度

筱田秀行還設想了一種更加實用的“克隆接觸”裝置，它將幫助相隔遙遠的人實現相互接觸。例如一個孩子能依靠這種裝置感到他的父母就在身邊。

將聲波和觸覺聯系起來是科學家們一直努力的方向，目前的裝置雖然還不完善，但開創了一個全新的領域，給人們帶來的體驗也是全新的。許多人認為，它可能引發重要的創新，帶來全新的科技。它的應用前景是不可限量的。

【責任編輯】龐 云