基于BB变焦AR眼镜,三星柔性触觉手套研究公布

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前不久,三星电子公布了一项与韩国亚洲大学合作研发的“人造肌肉”驱动器方案,方案中描述了一种被称为CASA的柔性放大SMA驱动器,其特点是采用形状记忆合金(SMA)仿生轻质材料,外形轻薄(0.22g),功率密度高达1.7kW/kg。

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在研究过程中,三星将CASA驱动器应用于体感手套和AR眼镜设计,演示了可变焦AR显示和体感手套交互等功能。三星研究院表示:我们预计,这项研究成果将为次世代核心硬件技术带来更加沉浸、互动的体验感。潜在的应用场景如远程触觉技术,将手部触觉转化为数字信号。

可变焦BB AR方案

据青亭网了解,三星打造了一款基于BirdBath光学和0.7寸Micro OLED光源的分体式AR眼镜,其视场角达到60°,比市面上多款BB方案视场角更大。另外,BB光学模组厚度仅15毫米,加上组合器、遮光罩后厚度也只有20毫米。

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这款AR眼镜最大的特点就是可变焦,目前可以在0.2D和3.3D(近处和远处)两个距离之间切换,整个变焦过程不到300毫秒。细节方面,三星AR眼镜在显示2D内容时,可手动调整图像深度。而在显示3D内容时,CASA方案将结合双目视差渲染算法,可根据用户与3D物体之间的相对距离来调整显示距离/焦距。

我们知道,为了提升视觉舒适度、画面立体感,AR/VR显示方案需要跟随人眼运动而动态调节画面焦距,也就是说不再像2D屏幕一样清晰渲染每一颗像素,而是仅在人眼聚焦的位置清晰显示图像,而失焦的部分则模糊显示,从而突出3D虚拟场景的立体感。

Meta从Half Dome 1开始就在探索可变焦VR方案,最初通过机械调整屏幕距离来实现变焦,后来为了解决延迟、噪音等问题,开始采用液晶透镜来实现变焦。

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尽管三星也是采用类似于机械的方案,但其采用CASA驱动器来取代传动致动器,刷新率达5Hz,每次位移范围可达1.5毫米,足以覆盖人眼调焦范围。同时,也大大缩减了硬件体积。三星认为,这项方案可以比可调焦透镜方案尺寸更小,灵活性更好。此外,CASA驱动器也足够耐用,可承受自身重量800倍的压力。

AR体感手套

除了AR眼镜变焦系统外,三星还将CASA驱动器用来打造体感手套,特点是轻薄、结构紧凑、对压力敏感。与传统的震动方案不同,这种人造肌肉驱动器不依赖于震动体感,而是动态渲染皮肤变形体感。该方案通过电阻响应外部压力而变化,可模拟更加自然、富有表现力的触觉,甚至可以渲染皮肤变形的体感。

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为了在体感手套上模拟大规模皮肤变形,体感手套需要具备高力重比和可大范围移动的能力。搭载CASA驱动器的触觉手套可模拟12kPa压力,并可承受10g总量。三星在触觉手套中采用了薄聚合物材质,为了提高体感手套的表现力,集成了7个驱动器。

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三星表示:对于紧凑型可穿戴驱动装置,应同时满足两个特征,即小尺寸和高有效载荷。SMA致动器,常常用作智能结构、软机器人的人造肌肉,这项技术研究已经持续半个世纪。而CASA则是在SMA基础上进一步优化,放大了SMA驱动器的可塑性和功率(驱动应变提升至36.1%、功率密度1.7kW/kg、尺寸为5毫米高),以满足AR眼镜对力反馈和刷新率的需求。作为对比,生物肌肉的功率密度仅大于0.2kW/kg。标准的音圈马达需要比CASA重70倍、厚两倍才能达到相当的功率。

应用场景

为了验证两款原型的效果,三星测试了AR眼镜与体感手套的互动,比如,通过手套驱动器来控制AR图像深度,并根据图像变化来动态调整体感反馈。

实验发现,经过验证实验显示,CASA可以传达不同程度的力量,不管是大幅度的皮肤变形(2N),还是轻柔的触碰(0.05N)。在手部压力传感部分,科研人员发现高刚度、粗线材的CASA驱动器可实现更大的测量范围,而采用低刚度、细线材的CASA驱动器则灵敏度更高。此外,可模拟相当高的压力,甚至可以弹起驱动器本身重量45倍的物体。还可以将CASA作为阻力传感器来检测手指接触动作,比如手部施加的压力、握力等等。

未来,三星计划将这项技术用于优化AR交互,比如帮助盲人用手语在线上社交,或是将手指在桌面上的敲击转化为文字,实现虚拟输入。而AR眼镜部分,目前还存在一些技术局限。三星表示:利用CASA驱动器,仅能让AR眼镜实现二元对焦,可切换的焦面有限,这是为了保证高功率和小体积而做的权衡。参考:Nature

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