基于BB變焦AR眼鏡，三星柔性觸覺手套研究公布

　　前不久，三星電子公布了一項與韓國亞洲大學(xué)合作研發(fā)的“人造肌肉”驅(qū)動器方案，方案中描述了一種被稱為CASA的柔性放大SMA驅(qū)動器，其特點是采用形狀記憶合金(SMA)仿生輕質(zhì)材料，外形輕薄(0.22g)，功率密度高達1.7kW/kg。

　　在研究過程中，三星將CASA驅(qū)動器應(yīng)用于體感手套和AR眼鏡設(shè)計，演示了可變焦AR顯示和體感手套交互等功能。三星研究院表示：我們預(yù)計，這項研究成果將為次世代核心硬件技術(shù)帶來更加沉浸、互動的體驗感。潛在的應(yīng)用場景如遠程觸覺技術(shù)，將手部觸覺轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號�？勺兘笲B AR方案

　　據(jù)青亭網(wǎng)了解，三星打造了一款基于BirdBath光學(xué)和0.7寸Micro OLED光源的分體式AR眼鏡，其視場角達到60°，比市面上多款BB方案視場角更大。另外，BB光學(xué)模組厚度僅15毫米，加上組合器、遮光罩后厚度也只有20毫米。

　　這款A(yù)R眼鏡最大的特點就是可變焦，目前可以在0.2D和3.3D(近處和遠處)兩個距離之間切換，整個變焦過程不到300毫秒。細(xì)節(jié)方面，三星AR眼鏡在顯示2D內(nèi)容時，可手動調(diào)整圖像深度。而在顯示3D內(nèi)容時，CASA方案將結(jié)合雙目視差渲染算法，可根據(jù)用戶與3D物體之間的相對距離來調(diào)整顯示距離/焦距。

　　我們知道，為了提升視覺舒適度、畫面立體感，AR/VR顯示方案需要跟隨人眼運動而動態(tài)調(diào)節(jié)畫面焦距，也就是說不再像2D屏幕一樣清晰渲染每一顆像素，而是僅在人眼聚焦的位置清晰顯示圖像，而失焦的部分則模糊顯示，從而突出3D虛擬場景的立體感。

　　Meta從Half Dome 1開始就在探索可變焦VR方案，最初通過機械調(diào)整屏幕距離來實現(xiàn)變焦，后來為了解決延遲、噪音等問題，開始采用液晶透鏡來實現(xiàn)變焦。

　　盡管三星也是采用類似于機械的方案，但其采用CASA驅(qū)動器來取代傳動致動器，刷新率達5Hz，每次位移范圍可達1.5毫米，足以覆蓋人眼調(diào)焦范圍。同時，也大大縮減了硬件體積。三星認(rèn)為，這項方案可以比可調(diào)焦透鏡方案尺寸更小，靈活性更好。此外，CASA驅(qū)動器也足夠耐用，可承受自身重量800倍的壓力。 AR體感手套

　　除了AR眼鏡變焦系統(tǒng)外，三星還將CASA驅(qū)動器用來打造體感手套，特點是輕薄、結(jié)構(gòu)緊湊、對壓力敏感。與傳統(tǒng)的震動方案不同，這種人造肌肉驅(qū)動器不依賴于震動體感，而是動態(tài)渲染皮膚變形體感。該方案通過電阻響應(yīng)外部壓力而變化，可模擬更加自然、富有表現(xiàn)力的觸覺，甚至可以渲染皮膚變形的體感。

　　為了在體感手套上模擬大規(guī)模皮膚變形，體感手套需要具備高力重比和可大范圍移動的能力。搭載CASA驅(qū)動器的觸覺手套可模擬12kPa壓力，并可承受10g總量。三星在觸覺手套中采用了薄聚合物材質(zhì)，為了提高體感手套的表現(xiàn)力，集成了7個驅(qū)動器。

　　三星表示：對于緊湊型可穿戴驅(qū)動裝置，應(yīng)同時滿足兩個特征，即小尺寸和高有效載荷。SMA致動器，常常用作智能結(jié)構(gòu)、軟機器人的人造肌肉，這項技術(shù)研究已經(jīng)持續(xù)半個世紀(jì)。而CASA則是在SMA基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化，放大了SMA驅(qū)動器的可塑性和功率(驅(qū)動應(yīng)變提升至36.1%、功率密度1.7kW/kg、尺寸為5毫米高)，以滿足AR眼鏡對力反饋和刷新率的需求。作為對比，生物肌肉的功率密度僅大于0.2kW/kg。標(biāo)準(zhǔn)的音圈馬達需要比CASA重70倍、厚兩倍才能達到相當(dāng)?shù)墓β省?應(yīng)用場景

　　為了驗證兩款原型的效果，三星測試了AR眼鏡與體感手套的互動，比如，通過手套驅(qū)動器來控制AR圖像深度，并根據(jù)圖像變化來動態(tài)調(diào)整體感反饋。

　　實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過驗證實驗顯示，CASA可以傳達不同程度的力量，不管是大幅度的皮膚變形(2N)，還是輕柔的觸碰(0.05N)。在手部壓力傳感部分，科研人員發(fā)現(xiàn)高剛度、粗線材的CASA驅(qū)動器可實現(xiàn)更大的測量范圍，而采用低剛度、細(xì)線材的CASA驅(qū)動器則靈敏度更高。此外，可模擬相當(dāng)高的壓力，甚至可以彈起驅(qū)動器本身重量45倍的物體。還可以將CASA作為阻力傳感器來檢測手指接觸動作，比如手部施加的壓力、握力等等。

　　未來，三星計劃將這項技術(shù)用于優(yōu)化AR交互，比如幫助盲人用手語在線上社交，或是將手指在桌面上的敲擊轉(zhuǎn)化為文字，實現(xiàn)虛擬輸入。而AR眼鏡部分，目前還存在一些技術(shù)局限。三星表示：利用CASA驅(qū)動器，僅能讓AR眼鏡實現(xiàn)二元對焦，可切換的焦面有限，這是為了保證高功率和小體積而做的權(quán)衡。

　　參考：Nature