不用出门就能摸遍万物,这个「机械手套」帮你实现了

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08-22 17:13

对于一个坐飞机时常被安排在安全门旁边坐的人来说,如何在紧急状态、经机组人员允许的前提下顺利打开舱门,应该是世界上最纸上谈兵的事情。

乘客违规打开飞机舱门或安全门导致延误,是民航最常见的迷惑行为之一,毕竟每开一次门,就要面临十万甚至几十万的罚款。

最近通过一套 VR 设备和一双力反馈手套,我终于在虚拟世界里体验到如何开关飞机舱门,一定程度地满足了我多年的心愿。

可以模拟「柔性触感」的机械外骨骼机器人

今年 6 月,位于深圳的 Dexta Robotics(岱仕科技,下文简称 Dexta)发布了集成动作捕捉和力反馈功能为一体的机械手套——Dexmo 力反馈手套。

▲ 图片来自:Dexta Robotics

Dexmo 力反馈手套是一款无线便携的设备,单个重量仅为 290 克,通过将 5 个力反馈装置、11 个动作捕捉传感器、可充电电池,以及整个控制系统集成一体,从而让人在虚拟世界中用自己的双手去体会拟真实的触感。

虽说是手套,但 Dexmo 实际上是一个专为手部设计的机械外骨骼结构机器人。

设备通过一根绑带包裹掌心从而固定在手掌上,五根手指的外骨骼通过魔术贴绑带或橡胶指套与手指相连。

与手背贴合的垫子,为了做到防滑和舒适,使用了定制的防水布和记忆海绵。

戴上 Dexmo 后,手掌依然可以灵活地握拳、张开。由于每个人的手掌大小、手指长短都不一样,因此初次使用 Dexmo 需要通过几个步骤记录手掌数据。

在使用 Dexmo 的过程中,手部动作会被手套收集,并用来在虚拟空间重建出准确的手部模型,再将现实中手部的动作完整地映射在虚拟世界中。

这就是 Dexmo 的工作原理。

在体验一个模拟水滴冲击手心的场景中,我们带上手套,先去「拧开水龙头」感受旋钮的形状,接着手掌朝上自然地张开,虚拟世界里的水龙头打开后,屏幕上显示水滴在手指上。

与此同时,现实世界中的 Dexmo 会牵引手指,模拟水滴到手指上的触感。

虚拟空间里的水流变大,手指所体验到的触感也会跟着增强。

Dexmo 不仅可以模拟抓握感,还可以传递虚拟物体的大小、形状和软硬。我们尝试「握持」了圆形、方块等不同类型的物体。

模拟手持跳动的心脏,可以让大家体验做外科手术医生(或者汉尼拨)的感觉。

让人印象深刻的是,手捏橡皮尖叫鸡的虚拟体验中,我们发现在现实世界中明明是在「捏空气」,指尖却可以明显地体会一种「在捏柔软橡皮」的触感。

这属于力反馈中的「柔性反馈」。从手套的工作原理来讲,就是当我在「捏橡皮尖叫鸡」时,Dexmo 不仅需要在某个位置停住我的手,还需要在这个基础上让电机输出弹性的力反馈。

Dexta 的创始人谷逍驰告诉我们,Dexmo 是同类型的手套产品中唯一一个可以做到柔性反馈的,因此可以为用户模拟出「触摸柔性物体」的体验。

也就是说,Dexmo 手套在某种程度上也是可以模拟触摸皮肤等触感的。

Dexta 目前已经根据不同的场景开发了相应的模组,比如钢琴键、电钻按钮就有着不同的触感,也会有不同的模组。在虚拟世界中搭建类似的场景时,直接调用这些模组即可。

Dexmo 还配有完整易用的 SDK 开发支持,适配所有主流的 VR / MR 头戴式显示器和定位系统。在经过配置后,即可完成手部模型位置和姿态的显示。SDK 也预设了按钮、旋钮、拉杆等独立的交互模块。

因此戴上 VR 头显和 Dexmo 力反馈手套,我们可以在仿真的虚拟世界里,体验到逼真的触感,完成各类场景中精细的动作,甚至可以在虚拟世界中实现触摸屏的场景。

可以说,Dexta 让虚拟世界拥有了更加简单、真实的交互。

一款可量产的力反馈手套

虚拟现实、增强现实的技术发展至今,依然是通过声音和影像来迷惑我们的感官。

▲ vive 头显

目前主流的 VR、MR 设备的外设绝大多数都是手柄,不仅操控的学习成本较高,与现实世界中的交互方式也不相符。

触觉是目前让 VR、MR 更具有真实感、沉浸感的下一个关键。

然而现有的触觉交互,大多是依靠单点震动反馈来实现,这样的触感不够真实,也不能牵引手指的活动。

近些年来,从游戏厂商到初创公司、实验室,我们所能看到的触觉交互产品并不少。

▲ 索尼今年公布的一个专利

其中索尼在 1997 年为 PlayStation 推出了带有震动功能的手柄,这是力反馈第一次被应用到游戏外设中。在今年 5 月,索尼公布了最新款「触觉力反馈手套」的专利。

我们所见的触觉交互产品,基本都是通过震动马达、压缩气体、冷热元件等材料提供触觉。然而绝大部分都不属于力反馈手套。

▲ 图片来自:Dexta Robotics

Dexmo 力反馈手套通过软件和硬件的结合,能够提供丰富精细的触觉交互,但更重要的一点是:它已经可以量产

Dexmo 力反馈手套结合 VR 设备,可以应用的场景包括游戏娱乐、教育科研、医疗康复、行业培训等不同的领域。

▲ 图片来自:Dexta Robotics

目前 Dexmo 主要面向企业级用户,用于培训场景。这款手套正慢慢出现在新能源电池维修培训、产线工人组装培训、航空驾驶舱训练模拟、核电站高危场景培训等场景中。

而文章开头所说到的操控飞机舱门培训,是 Dexta 目前与国内某航空公司正在合作的机组人员培训项目中的一个小 demo。

在工厂产线、高危作业的场景中,传统的培训方式不外乎是看纸质资料、培训视频,或者课堂教学,然而这些纸上谈兵的培训方式效率低下,也很难评估真实的培训效果。

使用 VR、MR 进行培训已经是不少企业的选择,让员工在仿真的场景中进行培训,不仅可以提高培训效率,节省成本,还能从源头上减少生产事故。

VR / MR 的下一代交互界面

也许有读者会提出疑问,为什么不做成全覆盖的手套呢?

Dexta 的回答是:这是一个在 2016 年就被我们摒弃的方案。其中一个原因就是全覆盖的手套没法做到兼容不同人的手,长时间使用的体验也不好。

▲ 图片来自:Dexta Robotics

在 Dexta 位于深圳的办公室里,我们见到了历代 Dexmo 力反馈手套。Dexta 从 2014 年开始研发设计力反馈手套,并在 2016 年发布了初代产品,早期手套的重量甚至高达 400 克。

Dexta 表示,他们在迭代力反馈手套的过程中,电机系统与供应链系统的磨合是其中的一个大难题。

手套中一个关键的部件是舵机,他们在改进舵机细节的过程中,曾经在工厂住了八个月,最终让工厂按照他们的设计和需求,生产出了之前完全没做过的产品。

因此这款手套上的力反馈模块(电机),还有基于设备的手部交互物理引擎(也就是软件),以及 Dexta 所搭建的供应链体系和生产能力,成为了这家初创机器人公司目前的产品壁垒。

▲ 图片来自:Dexta Robotics

Dexta 现在的定位是设计和制造交互系统,其创始人谷逍驰认为,他们所开发的力反馈手套,对 VR、MR 系统来说,相当于智能手机的触控屏。

起源于 iPhone 的电容屏触摸交互技术,让不识字的小孩刚上手就能使用智能手机,现在的 VR、MR 系统就像 iPhone 面世前的按键智能手机一样,它们可以用,但不好用。而 Dexmo 力反馈手套可以让用户在 VR、MR 场景中自然地使用双手,提升沉浸感。

总的来说,VR 在 2014 年被推上风口,在经历了资本追逐和泡沫破灭后,如今已经逐渐回归技术本身,资本也相对冷静、理智。就目前而言,VR 产品笨重的头显、恼人的线材、不足的分辨率和 GPU 渲染能力弱这些硬件问题依然有待解决。

而这款 Dexmo 力反馈手套,是近两年来少有的让我们感到惊喜的 VR、MR 相关产品,它不仅做到了无线、轻便,还是一个可以量产的新交互系统,是能够让 VR、MR 有全新用户体验的技术产品。

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