這是新興的全息觸覺(jué)顯示器的基礎(chǔ)，還可以創(chuàng)造出更引人注目的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，該小組的研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。全息觸覺(jué)顯示器使用超聲波發(fā)射器的相控陣將超聲波聚焦在空中，允許用戶在空中徒手觸摸、感覺(jué)和操縱三維虛擬物體，而無(wú)需物理設(shè)備或接口。盡管這些顯示器在包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感在內(nèi)的各種應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，但它們所提供的觸感是彌散的、微弱的，就像“微風(fēng)”或“一股空氣”。
科學(xué)家們使用高分辨率光學(xué)成像、模擬和感知實(shí)驗(yàn)來(lái)研究觸覺(jué)全息過(guò)程中在皮膚中激發(fā)的超聲波激發(fā)波。他們發(fā)現(xiàn)全息顯示器在皮膚中激發(fā)出廣泛的振動(dòng)模式——剪切沖擊波。科學(xué)家們解釋說(shuō)，在觸覺(jué)全息中，當(dāng)超聲波在空中聚焦和掃描時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊波，從而導(dǎo)致皮膚振動(dòng)。
這些振動(dòng)可以相互干擾，從而在某些位置放大它們的強(qiáng)度，這種現(xiàn)象被稱為相長(zhǎng)干涉。沖擊波的形成形成了一種拖尾尾流模式，延伸到預(yù)期的焦點(diǎn)之外，降低了觸覺(jué)的空間精度和清晰度。
作為類(lèi)比，根據(jù)研究人員的說(shuō)法，如果聚焦聲束是水面上快速移動(dòng)的船只，則沖擊波模式是尾隨船只的尾流。當(dāng)前的全息觸覺(jué)顯示器激發(fā)了在皮膚中傳播的沖擊波模式，感覺(jué)非常分散。“我們的研究揭示了全息觸覺(jué)顯示器是一種很有前途的虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感新技術(shù)，它很需要聲學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面的新知識(shí)。”
“通過(guò)了解超聲波在皮膚中產(chǎn)生的剪切沖擊波的基本物理原理，我們希望改進(jìn)觸覺(jué)全息顯示器的設(shè)計(jì)，使其對(duì)用戶來(lái)說(shuō)更加逼真和身臨其境。這樣的觸覺(jué)顯示器可以使我們用各種各樣的虛擬物體、交互式動(dòng)畫(huà)角色或可抓取的工具來(lái)增強(qiáng)我們的物理環(huán)境，還可以用手觸摸和感覺(jué)。”
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了之前未知的沖擊波現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是觸覺(jué)全息的基礎(chǔ)，這為創(chuàng)造未來(lái)的觸覺(jué)全息顯示器提供了重要的一步，該顯示器可以讓用戶在未來(lái)的元宇宙中更真實(shí)、更沉浸地進(jìn)行交互。
