聚焦超声波为扩展现实增加触感

由IMEC(一家纳米电子学和数字技术研究中心，位于比利时Leuven)开发的一款技术平台，能够以一种新颖的形式传送和接收超声波。超声波的典型应用之一是超声造影或回声造影。这是一种成像技术，利用超声波回波，可生成人体深处器官或组织的三维高分辨率图像。

“然而，超声波的应用远远超出了成像范围。比如，不需要利用手套，聚焦超声波就可以用来为扩展现实人机接口增加触感，还为进一步治疗慢性疼痛或帕金森病打开了大门。”XavierRottenberg(IMEC公司负责波基传感器和执行器的研究员)在接受EETimes采访时表示。

近几十年来，传感器已经获得了业界人士的大量关注。它们已应用于人体的所有感官，还有其他更广泛的领域，包括相机、麦克风、触摸板、激光雷达以及气体分析所用的的光谱仪等设备中。除了显示器和扬声器之外，很少有人关注致动器的发展。实际上，在为目标场景(例如人体)提供能量和反馈方面，致动器起着关键作用。

研究表明，对于无知觉障碍的正常人而言，视觉和听觉占了大约90%的感知，而触觉位居第三。“虽然触觉仅占总体感知的10%，但仍然很重要，这是IMEC在超声波领域发展的一个关键驱动力，”Rottenberg表示。

XavierRottenberg(来源:IMEC公司)

Rottenberg指出，除了用超声波成像(如诊断性医疗成像)外，在兆赫兹频段，还能够以毫米级的分辨率聚焦超声波......可以通过调整聚焦点来触发受体(比如手指受体)。这样一来，通过触觉反馈，无需触摸任何东西，就可以使受体有强烈的触感。

目前来看，还有一个特别有意义的好处。他补充道，在新冠大流行之后，人们不太愿意触摸公共屏幕和类似的表面。如果智能手机能将声能成束地传送到手指上，人们就会感知到，从而在无需触摸、甚至无需看到实际屏幕的情况下，就能实现感知交互。

除了解决卫生问题外，致动器还可以消除在小小的手机或智能手表键盘上打字的困忧；相反，人们将能够在智能设备生成的大幅声学全息图上打字和感受按键。

“虽然智能手机屏幕非常棒，但有时对老年人来说太小了，”Rottenberg表示，“可以彻底忘却在智能手表上打字的困难感受啦！”

设想一下，在你面前投射出一个30×30×30cm的立方体，然后你在上面打字的那种惬意感觉。“每次在虚拟按键上打字时，手指就会在虚拟键盘上得到形式上的局部配准，”他指出。

Rottenberg还表示，除了增强扩展现实用户体验外，聚焦超声波技术还可以做更多的事。众所周知，像智能手机这样的设备，可以提供光学和声学激励。随着聚焦超声波技术的加入，能够实现进一步的触觉反馈，比如触感的启动。

例如，采用同样的技术，可以通过向耳朵发射能量束来实现定向发声，或者向周围神经系统发射能量束来治疗病痛。它还可以将能量束传送到大脑，为非侵入式的双向脑机接口奠定基础。

据Rottenberg透露，未来这项技术还可以在外部症状出现之前预测出癫痫，也可以用聚焦超声波治疗帕金森病，从而取代目前副作用较大的外科超声波治疗法。

“以非侵入方式进入大脑”，这是IMEC的远期目标。他表示，“我们正试图构建一个能够连通所有感官的接口，最终目标是接入中枢神经系统。”

(参考原文：understanding convolutional neural networks）

本文为《电子工程专辑》2023年9月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅