（邮狸/编译）虚拟现实=VR眼镜？这个想法可能早已过时了。

在主打VR的电影《头号玩家》中，角色们都戴有触觉反馈手套，能够感受到“手中”的虚拟物体。通过全身的VR套装，他们还能感到施加于身体的冲击力，甚至爱抚时的温柔触碰。如今，这样的场景都有望实现了，虚拟现实不再局限于视觉和听觉，也将拓展人类的另一种感官——触觉。

电影《头号玩家》

工程师们正致力于为电子游戏创造真实的触觉感受，而在人机交互中增加触觉技术，也能加强我们对机器的控制，增强假肢的功能，促进教育，方便导航、沟通甚至在线购物。

“在过去，触觉技术一直专注于设备的提醒功能，比如手机或手柄的振动反馈。”计算机科学家希瑟·卡尔伯森（Heather Culbertson）说，“但现在应用重点已经变了，人们专注于让东西摸起来更自然，让它们有更接近天然材料的触感，还原自然交互的感觉。”

三种不同的触觉设备：抓握式、穿戴式、触摸式。图片来源：Knowable Magazine

抓握式：抓好，抓紧

不可否认，精准操作机器人是非常困难的，但触觉设备能助你一臂之力。

以手术机器人为例，医生用它实施远程手术，操作非常精细的工具，或者执行人手无法完成的任务。大量研究表明，给手术机器人添加触觉反馈能提高手术精度，减少组织损伤和手术时长。触觉反馈还可以让医生在VR手术中进行零风险训练，同时体验到实际切割和缝合的感觉。

迪士尼开发的远程机器人。图片来源：DisneyResearchHub

触觉式远程机器人则能实现安全的人机交互。这种技术结合了高清视频、音频和交互式组件，并在网络上创建一种独特的"面对面"体验。迪士尼就开发了这样的系统，用气动管驱动人形机器人手臂，另有一组对应的机械臂，专门供人抓握。使用者可以通过操纵自己这边的机械臂，让另一边的机器人手臂抓住气球，拿起鸡蛋或拍打小孩的脸颊。

再来看看小规模的应用，比如一款名为Foldaway的便携式触觉界面。

图片来源：ALICE CONCORDEL

它看起来就像是饮料的托盘，有三个铰接的微型机械臂。在它的顶部装设塑料握把后，这个设备就成为了三维的控制杆：三个机械臂会反馈推力，让用户感受到他们正在挤压的物体。在演示中，研究团队使用这些设备来控制无人机和挤压虚拟物体等。

这些设备很有应用前景，但也存在一个明显的问题：如何让它们产生重量感呢？

为了解决这个问题，科学家们从神经科学入手，开发出一款名为Grabity的虎钳——使用者抓住它并挤捏以拾取虚拟物体。该设备只需通过特定的振动，就能让人产生错觉，体会到重量和惯性。

Grabity能提供重量和惯性的错觉，图中模仿的是抓起木块的感觉。图片来源：STANFORD SHAPE LAB

穿戴式：转化感觉信息

抓取式的设备通常利用的是动觉感受：运动、位置和力的作用产生的感觉，由皮肤、肌肉、肌腱和关节中的神经元传导。穿戴式设备则利用的是皮下神经传导的触觉感受——压力、摩擦或温度。

大部分该类装置都是佩戴在手指上的。当在虚拟现实中触摸物体时，设备以相应力度按压指尖。

但是最近有一款设备拥有相同类型的反馈，却无需覆盖到指尖的部位。相反，它可以戴在我们戴戒指的手指部位，并且有一块马达来拉伸手指皮肤。这样，我们既能自由地与现实物体交互，也能感知到“虚拟”物体。

图片来源：DOMENICO PRATTICHIZZO

在测试中，一个人手持粉笔，在虚拟黑板上“书写”，并通过触错觉感受到手指压力：当人们看到粉笔接触黑板并感觉到皮肤被拉伸时，其实他们被指尖的压力愚弄了。

穿戴式触觉设备也能通过振动和用户交流。例如，卡尔伯森的实验室正在开发一种腕带，通过振动来引导佩戴者，振动方位即目的方位。神经科学家大卫·伊格曼（David Eagleman）的团队则开发了一种带有32个振动电机的背心——VEST。这种背心曾在科幻剧《西部世界》中出现过，它能帮助角色发现正在接近的敌人。

热播美剧《西部世界》中的黑科技背心。图片来源：Westworld/HBO

VEST最有前景的应用之一是把声音转化为触觉，使听障人士更容易理解口语。同样，各类视觉信息也能转化为振动，供盲人理解视觉世界。研究者还有一个比较大胆的设想，他们希望VEST能表达更抽象的信息，比如市场行情和环境数据。

不过目前来看，提供振动反馈的电机可能还很笨重。因此，一些实验室正在开发更舒适的解决方案，比如柔软的气动驱动器（SPA）皮肤。它是一片厚度小于2毫米的柔软硅胶，其中点缀着微小的气囊。

包含微小气囊的仿皮肤材料能提供振动反馈。图片来源：ADAPTED FROM H.A. SONAR ET AL / FRONTIERS IN ROBOTICS AND AI 2016

这些气囊可以每秒独立膨胀和放气几十次，从而构成触觉元素的像素——或者说“触素”，来创造一种网格状的触觉。它们可能会让用户体验到置身《头号玩家》套装中的那种感觉，或者向用户反馈机器人的方位或假肢的触觉。SPA皮肤还嵌入了由新型耐腐蚀合金制成的传感器，当用户挤压该皮肤时，SPA皮肤就可以把压感信号输入计算机。

还有一种更薄的触觉薄膜，它的厚度不到半毫米。当薄膜贴于柔性薄片，并对薄膜施加电荷时，薄膜收缩并弯曲薄片，以此对皮肤施加压力。设备制造商正在应用这种由新型聚偏二氟乙烯塑料制成的材料，生产主打VR的触觉手套。

除了触觉感受，肌肉、关节和肌腱的动觉感受也能输出到设备——比如机器人外骨骼。

FlyJacket。图片来源：EPFL LIS/YOUTUBE

如果将FlyJacket穿在手臂上，你就能体验到飞行的感觉。这款外骨骼在构造上比较简单：手臂和腰部的部件通过活塞连接。使用者只需移动手臂和扭动躯体，即可控制无人机的飞行。当无人机被风猛吹时，人们甚至可以感受到“风阻”。

触摸式：触手可感

点击屏幕并获得振动反馈，这已经是智能手机的标配了。随着技术的发展，我们能在屏幕上感受到更多触觉信息吗？

当然可以。比如，卡尔伯森正在开发一种“数据驱动触觉”设备，它能逼真地模拟物体表面的粗糙度、硬度和光滑度。这种模拟并不依赖于复杂的算法和物理模型，只需要收集物体划过各种表面材料时的数据。当你用笔划过屏幕时，就能在屏幕上获得相应的振动反馈——不同的振动对应不同的纹理。该技术的潜在应用包括线购物和虚拟博物馆。

图片来源：HEATHER CULBERTSON

触摸式的屏幕也可以利用错觉。例如，当按下一个按钮的图片时，播放按钮点击的音效会让人觉得按钮实际上是存在的。或者让屏幕看起来因手指压力变形可以使它看起来更柔软。人们通过将视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉结合在一起来构建感知，正如卡尔伯森所说：“如果你的众多感官不匹配，那你的大脑就很容易被欺骗。”

这些技术的发展都还在起步阶段，但在神经工程和材料科学的进一步推进下，新的触觉设备很可能超越《头号玩家》的新奇设定。令人兴奋又不安的是，当我们的感官增添更多的维度，恐怕死宅们也更难离开虚拟现实了。（编辑：EON）