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力触觉(Haptics):创造可感知的教学场景


摘要 : 在未来,随着可穿戴和智能手机的发展,力触觉设备小型化和与智能手机、可穿戴设备集成,将为时不远。彼时,或许我们真的可以借助力触觉安慰远在它乡哭泣的恋人,思念的抚摸,可爱的儿女。


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试想一个场景:你和你的热恋异地女友,可以跨越空间的距离,在力触觉(Haptics)技术的帮助下,能够手拉手感受彼此的爱意,你会怎么想?


试想另一个场景:远在北京的心脏手术专家,可以为云南一个边陲县城的心脏病人,在力触觉(Haptics)技术的帮助下,精准的操控手术刀,为病人执行心脏病手术,你会怎么看?


这并非天方夜谭,力触觉技术(Haptics)的进步和发展,已经让这样的场景走进了现实。


百度百家The Big Talk 硅谷之行斯坦福大学站,机械工程学院的Allison Okamura教授为我们介绍了力触觉技术的最新进展和应用情况。


在回答 Okamura教授的第一个问题:看、听、嗅、触四种感知能力哪种对于人类最为重要的时候,大部分同学人都选了看。


其实在Okamura教授看来,这并不是正确:触觉才是人类第一重要的感觉。


力触觉(Haptics)将推动远程医疗进入具有现场沉浸感的状态

力触觉技术可以传递压力,温度、纹理、速度、加速度、震动等各种信息,就像人在现场真正的触摸一样,反馈给操作者真实的感受。


很多学者据此认为,力触觉技术将在人工智能的进化中起着不可磨灭的作用。


按照Okamura教授的说法,即使是健康人,也需要力触觉技术,比如力触觉技术可以帮助人类远离危险和复杂的工作环境或者危险场所,甚至与战争有关的场景排雷、拆弹等。


但是对于普通百姓而言,最有价值的应用当属于医疗和教育两个领域。这一点其实从Okamura教授的研究团队主要资助捐助者也可以窥见一斑:美国国家科学基金会和美国国家卫生研究院。


在医疗应用上,Okamura教授认为,远程手术机器人最大的挑战就是医生对远程的操作不能获得现场手术般的感受,从而不能精准的控制机器人,将会给病人带来痛苦和灾难。


在现场的对比的外伤缝合外科视频中,我们看到应用了力触觉反馈技术的远程外科机器人没有把线弄断,这是因为操作者能够感受到拉扯线的张力大小。


众所周知,医疗资源的不均衡是我们人类社会面临的重要挑战之一,远程医疗技术大部分的应还停留在通过视频望闻问切,远程会诊的阶段。


力触觉技术的出现和医疗机器人技术的结合,我相信将改变医疗资源的配置模式,而这种配置模式,是不以牺牲治疗效果和病人安全为代价的。


力触觉(Haptics)将改变在线教育为学生创造可感知的教学

教育是Okamura认为力触觉技术将发挥重大价值的另一外一个领域。在教育行业的Haptics仪器已经开始应用在数学、物理学教学中,帮助学生们更好的理解理论概念。


尤其是在K12领域,Okamura教授的团队开发了一个名为"Rumble pack”的游戏,这是一个手提式的虚拟现实环境下的视频游戏,帮助学生们理解物理概念。


在美国,为小学学生和老师开发的力触觉设备已经开始使用。


有一种称为Haptic Paddle低成本的力反馈设备就已经在很多全球的大学用来教学力触觉。


阿姆斯特朗大西洋州立大学的Felix G. Hamza-Lup曾经在2008年就发表过《Feel the Pressure: E-learning Systems with Haptic Feedback》文章,在那篇文章中他介绍了一个模拟力触觉的电子学习系统。


在这方面的讨论美国非常热烈,很多是用来讨论物理学教学的应用。


比如俄亥俄大学的就开发了一个Interactive Virtual Haptics-augmented Training System for Undergraduate Engineering。


与美国相比,我们中国在K12上的在线教育大多还停留在信息和内容的整理与聚合上,类似力触觉这样能够推动改变教学模式的前瞻性技术研究和应用,尤其是产品还少之又少。


笔者认为,在在线教育领域,中国也将继美国之后,力触觉技术和相关的产品将会,也应该获得大量的应用。


这对于提高中国儿童的动手能力,发挥想象力,将会有巨大的价值。


未来:可穿戴与智能手机集成,将延伸个人的触觉

2009 年,苹果曾经申请了一项名为“本地化触觉反馈装置”的专利,这项专利是为屏幕增加触摸反馈功能,以更真实地模拟出物体的质感。


显然,肢体接触是人类融洽关系,增进亲密,传递感情的重要渠道和方式,我们很难想象失去触觉世界会变得怎么样。


好消息是,除了苹果之外,还有更多的公司和大学在致力于力触觉技术和设备的研发,比如开源的OpenHaptics是一个开源的力触觉开发组件,可以帮助开发者开发基于力触觉的驱动设备。比如Geomagic 、HAPTION、Novint Grip等提供各种力反馈设备。


在未来,随着可穿戴和智能手机的发展,力触觉设备小型化和与智能手机、可穿戴设备集成,将为时不远。彼时,或许我们真的可以借助力触觉安慰远在它乡哭泣的恋人,思念的抚摸,可爱的儿女。


更为重要的是,他会改变我们的疾病治疗、教育学习和社会交往。


  可穿戴设备     李触觉  






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