城大研發無線柔軟「電子皮膚」可於虛擬世界達至觸感互動

透過互聯網感受彼此的擁抱再不是遙不可及的幻想。香港城市大學（城大）研究團隊最近開發一套無線、柔軟的「電子皮膚」（e-skin），能夠同步兼具感應、傳遞觸感，和令觸感再現的雙重功能，並可形成一個用戶對應多個用戶的觸感互動網絡，對提升遠程通訊的沉浸式體驗，有龐大應用潛力。

城大生物醫學工程學系副教授于欣格博士說：「隨着虛擬實境（virtual reality, VR）和擴增實境（augmented reality, AR）技術不斷發展，單純提供視覺、聽覺的感受，已經不足以建構完整的沉浸式體驗，而觸感通訊將會為『元宇宙』之間的互動帶來革命性影響。」

現時，市面上有不少觸感介面設備，可在虛擬世界內裡摸擬觸覺感受，但同一介面只能提供觸感感應或觸覺反饋的單向功能。新研發的電子皮膚則綜合了上述兩項功能，為一套可同時提供觸感信息感應和觸覺感受重現的雙重介面。

皮膚貼片裝置提供觸感信息傳感和觸感再現的綜合功能

團隊研發的電子皮膚有16顆柔軟的「致動器」（同為傳感器），以「4X4」顆的陣式排列，另有一個微型控制器、一個藍牙裝置，以及一塊備有不同電子器件的柔性電路板。全部組件合成以後，成為一塊長10厘米、闊7厘米、厚度4.2毫米的「電子皮膚貼片」。

尤如按鈕的致動器是電子皮膚核心部分，面積相當於港元一毫硬幣。每一顆致動器具有一套柔性線圈、一個軟矽膠支架、一塊磁鐵和一層聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）薄膜；可透過電磁感應來運作，達至觸感感應和觸覺反饋感應的功能。

當有外力按壓和鬆開致動器，致動器內的組件會因電磁感應引發電流，再向另一電子皮膚的相應致動器傳遞電子信號。而當發送者愈用力、愈深入按壓致動器，另一電子皮膚所產生的觸覺再現就會愈強烈，持續時間亦會愈長。

電子皮膚內的電路板有一套「模數轉換器」（analog-to-digital converters），可將致動器產生的電子信號轉換為數據信息，再通過藍牙將信息傳送至另一套電子皮膚的致動器。

當接收一方的電子皮膚收到相關信號，就會再次產生電流和引發物理振動，從而再現觸覺反饋感應。整個過程可相反運作，倒轉由接收一方的電子皮膚向發送者的相應致動器，傳送觸感振動信息。

雖然每一顆致動器只能同時執行一項功能，但電子皮膚的其餘15顆致動器可相互補足，執行傳感或觸感再現的工作，令這一套新研發的電子皮膚可實現同步的雙向觸感傳送。

觸感物聯網具備廣泛應用潛力

于博士說：「我們的電子皮膚可以與藍牙設備相互通訊，再透過互聯網傳輸數據至智能手機或電腦，實現遠距離的觸感傳送，形成一對一、或一對多用戶的觸感物聯網（IoT）系統。不同地方的親朋好友將可透過電子皮膚來『感受』彼此。這一套新研發的觸感模式可克服地域限制，大大減低人際間交流的距離感。」

研究團隊下一步將專注於視障人士佩戴電子皮膚的實際應用，例如執行遠程定向引導、或閱讀點子盲文等功能。

上述研究成果已於科學期刊《科學進展》（Science Advances）上發表，題為〈Touch IoT enabled by wireless self-sensing and haptic-reproducing electronic skin〉。

研究的共同第一作者為曾任于博士團隊博士後的李登峰博士、城大生物醫學工程學系博士後姚寬明博士、生物醫學工程學系博士研究生周靖昆先生和何嘉輝先生，以及來自大連理工大學的劉思彤小姐。通訊作者為于博士、大連理工大學解兆謙教授，以及騰訊機器人實驗室（Robotics X）戴媛博士。 研究得到城大和香港研究資助局的支持。

https://www.cityu.edu.hk/zh-hk/research/stories/2023/02/23/cityu-develops-wireless-soft-e-skin-interactive-touch-communication-virtual-world