触觉互联网
“触觉”是人类对外界的一种感觉,特别是使用触摸和本体感受的感知和操纵。本体感觉是指身体各部位的相对位置和运动中使用的力量的感觉。
触觉通信是非语言交流的一个分支,它涉及人或者是动物通过触觉进行交流和互动的方式。与虚拟现实更直接相关,触觉通信是指将触觉感觉和控制应用于与计算机应用交互的科学。触觉通信技术对于VR中更高质量的体验至关重要,将真正沉浸在这些环境中的感觉发挥到淋漓尽致。最常见的触觉输出,就是手机的振动,作为响铃模式。
触觉互联网的基本特征
触觉互联网可以进行“技能(skill)”传输。“实时感知”和“同步动作(或控制)”是触觉互联网的基本特征。图1是一个简单明了的例子。
信信道传递到远处的机器人,该机器人获得平衡篮球的动作技能而“同步”平衡篮球。在人这一端,必须能实时地感知到对方的动作和篮球的状态,从而能实时调整自己的动作,“指挥”机器人修正它的动作。所有这一切,都必须在篮球失去平衡落地之前,所以实时性至关重要!
在图中,用手指平衡篮球的技能,通过通信信道传递到远处的机器人,该机器人获得平衡篮球的动作技能而“同步”平衡篮球。在人这一端,必须能实时地感知到对方的动作和篮球的状态,从而能实时调整自己的动作,“指挥”机器人修正它的动作。所有这一切,都必须在篮球失去平衡落地之前,所以实时性至关重要!
上述过程简要描述了触觉互联网的基本特征。显然,触觉信息的传递对通信网络提出了很高的要求,本地操作人员与远程机器人之间的通信延迟会影响到操作的成功与否,超低延迟和高可靠是触觉互联网的基本要求。
“触觉互联网(TactileInternet)”一词由德国德累斯顿技术大学教授GerhardFettweis提出。年3月,Fettweis教授在IEEEVehicularTechnologyMagazine独立发了一篇论文“TheTactileInternet:ApplicationsandChallenges”,阐述了触觉互联网的动因、概念、应用和挑战。
年8月,国际电信联盟(ITU)的技术观察报告(ITU-TTechnologyWatchReport)概述了触觉互联网的潜力,探讨了其在工业自动化和运输系统、医疗保健、教育和游戏等应用领域的前景。ITU-T技术观察报告定义触觉互联网的特点为:极低延迟、极高的可用性、可靠性和安全性。它认为,触觉互联网将对商业和社会产生显著影响,为新兴技术市场和公共服务带来许多新的机遇。
年IEEEProc.等期刊开始出现多篇关于触觉互联的论,从触觉通信、机器、业应等多个领域讨论触觉互联的设计与关键技术。同年,IEEE设了触觉互联作组IEEE.1。
触觉互联网的支撑技术
触觉互联网可以看作是物联网(IoT)的高端发展。
触觉互联网的支撑技术,包括5G通信、虚拟现实、云计算和人工智能等多种技术的结合。正是这些技术的发展,才使得触觉互联网有可能成为现实。
在图中,远端的人与触觉机器人可以构成一个“人-机集体”,作为本地操纵控制者(人)的“化身”。本地的操纵控制者(人)称为“触觉化身用户(TactileAvatarUser)”。
需求与场景
触觉互联网通过触觉和感觉为人机交互增加一个新的维度,同时彻底改变机器的交互。触觉互联网将使人和机器能够在移动中和特定空间通信范围内实时地与其环境进行交互。触觉互联网正在成为物联网(IoT)的下一个发展,包括人机对话和机器对机器的互动。它将实现具有大量工业、社会和商业用例的实时交互系统。它将释放工业4.0的全部潜力,并改变我们的学习和工作方式。
触觉互联网的概念在年和年首次出现在一些应用程序上,它允许用户为他们的阅读或聆听体验添加气味。Apple于年首次推出了Taptic(Tap和触觉的组合)Engine,它通过与音频结合的振动发送有关新通知的提醒,不同的触觉用于不同类型的通知。
展望6G时代应用场景,触觉互联网的到来,意味着未来传递的信息将超越图片、文字、声音、视频,会包括传递味觉、触觉,甚至情感,触觉互联网将使增强现实和虚拟现实更具沉浸感。
在智能工厂和工业机械的远程操作等工业应用中,触觉互联网将进一步发挥其可能性,实现高度定制产品的高效制造。在医疗保健方面,医生能指挥远程机器人,允许通过完整的AV和触觉反馈进行远程身体检查。此外,医生还能接收到触觉反馈,帮助他们进行更精确的工作。增强现实技术已经在设计和工程领域有了发展的迹象,触觉互联网将使工人能够更直接地与他们创作互动,虚拟对象会让人感觉更稳定。
技术挑战
触觉互联网的支撑技术
触觉互联网的支撑技术,包括5G通信、虚拟现实、云计算和人工智能等多种技术的结合。正是这些技术的发展,才使得触觉互联网有可能成为现实。在图中,远端的人与触觉机器人可以构成一个“人-机集体”,作为本地操纵控制者(人)的“化身”。本地的操纵控制者(人)称为“触觉化身用户(TactileAvatarUser)”。
触觉机器人在触觉互联网
如图所示,在触觉互联网的支持下,触觉机器人可以成为人类的多模化身。
尽管今天的机器人还没有人类的触觉能力,但随着技术的发展,相信这一天的到来并不遥远。而人工智能将增强触觉机器人在远程作为人类化身的体现。
触觉互联网融合了虚拟现实/混合现实/增强现实、5G/6G移动通信、触觉感知(Hapticsense)等最新技术,是互联网技术的又一次演进,由此,互联网由内容传输网络进一步演进为技能传输的网络。
目前,触觉互联网面临的最大挑战之一,是在没有物理表面的情况下,如何给皮肤创造压力感。
英国UltraHaptics公司开发了一种利用超声波在空中产生触觉反馈的系统。它的硬件配有超声波换能器(微型高频扬声器),这些换能器可单独控制,在皮肤上创造不同的感觉。Microsoft正在开发另一种触觉反馈形式,它使用空气漩涡环(airvortexrings,也就是空气炮)。与UltraHaptics的技术一样,硬件类似于扬声器的振膜。但在这种情况下,空气被推入一个小孔,变成一个集中的环,可以使4英寸的分辨率移动8.2英尺远,虽然远不如超声波系统那么精确,但胜在距离更远。
据AFP报道,《自然》杂志发表了一项关于皮肤表面的无线触觉反馈界面的研究,它能够通过内部数个和硬币差不多大小的微型震动驱动器,每个驱动器以每秒可多达次的震动,细腻地模拟出与他人交互时所产生的触觉,而不是简单的震动这么粗暴,而像是给皮肤戴上了一副「VR眼镜」。
触觉互联的撑技术,还包括5G/6G通信、虚拟现实、云计算和智能等多种技术的结合。正是这些技术的发展,才使得触觉互联有可能成为现实。
什么时候能实现?
与物联网一样,触觉互联网的功能实现需依托5G的网络环境。虽然许多核心基础技术已存在多年,但广泛实施受到当前网络缺陷的限制。
触觉互联网的概念在年和年首次出现在一些应用程序上,它允许用户为他们的阅读或聆听体验添加气味(并且已经变成了Cyrano数字香味扬声器)。Apple于年首次推出了Taptic(Tap和触觉的组合)Engine,并将其安装在MacBooks,iPhone,iPad和AppleWatch上。它通过与音频结合的振动发送有关新通知的提醒,不同的触觉用于不同类型的通知。许多Android设备现在也具有触觉功能。
然而,更先进的触觉互联网应用仍处于研究阶段。华为在年上海世界移动通信大会上展示了TAC-机器人艺术家,它将人类在平板电脑上绘制的每一笔画都精确地同步到画布上。
虽然离实现还有很长的距离,但触觉互联网最终也许真的将重塑我们的生活,工作和娱乐方式。
未来展望
触觉互联网未来将成为一种基础设施,在这种设施的连接下,触觉机器人将在天上、太空、地下和水下,广泛地成为人类的化身。
总体来看,触觉互联网仍处于商业化前的研究阶段。目前,已有众多标准化组织、高校研究机构以及企业已开展相关业务布局,部分企业还已开发出了原型产品。虽然离实现还有很长的距离,但触觉互联网最终也许真的将重塑我们的生活,工作和娱乐方式。