VR系統如何讓用戶感受溫度?研究人員:鼻子! - 電腦王阿達

VR系統如何讓用戶感受溫度?研究人員:鼻子!

當今的虛擬實境(Virtual reality)設備,主要是透過模擬視覺與聽覺,創造出讓使用者身歷其境的情境,不過人的感官可不僅於是覺與聽覺兩種,因此研究人員持續開發各種方式,例如振動、味道等等,想盡各種辦法讓使用者能感同身受。芝加哥大學的一組研究人員,則透過特殊材料來刺激鼻子中的三叉神經,讓使用者感受到虛擬世界中環境的溫度變化。

直接加熱太耗電

在此之前,讓VR系統使用者感受到溫度的最佳選擇是一種「電熱冷卻」元件(Peltier Elements),這類元件可以任意加熱或冷卻黏貼的物體,讓使用者直接感受到物體的溫度。可惜的是,這類元件使用上非常耗電,即使在待機狀態都必須消耗大量的電力,除非電池有重大突破,否則這類元件無緣搭配無線使用的隨身VR裝置上。

直接選用特殊材料刺激產生冷感或熱感

芝加哥大學電腦科學所人機整合實驗室(Human Computer Integration Lab, Computer Science Department, University of Chicago)的研究團隊發現,透過辣椒素、薄荷醇等不同材料刺激鼻子裡面的三叉神經,除了可以讓人感受到氣味之外,也能讓人產生幻覺,以為環境溫度有所變化。

三叉神經

三叉神經(引自維基百科

原理是三叉神經實際運作時,是靠「瞬間受體電位離子通道」(transient receptor potential , TRP)傳輸感受,在面臨溫度變化時,有的神經受體(如 TRPV1)只有在太熱的時候會有反應,有的(如 TRPM8)在較冷的時候才會有反應,因此如果有物質能刺激前一類神經受體,使用者就會以為環境變熱,刺激後者則是變冷。

研究團隊目前選用兩種物質來刺激兩種不同的神經受體,照理說只能讓使用者感受到「很熱」或「很涼」兩種溫度,不過研究人員發現,使用不同的頻率來刺激神經,可以創造出不同的溫度感受,讓使用者認為處在各種不同程度的冷熱環境。

目前這種刺激三叉神經的模擬溫度方式,只能讓使用者的頭部感受到溫度,測試人員表示辣椒素讓他感覺像是太陽照在臉上般溫暖,部分使用者指出辣椒素也會讓他感覺胸部變熱,這表示胸腔內也有受體能接受辣椒素刺激。因此研究團隊還在針對不同 TRP 展開研究,希望能找出可以直接製造出各種溫度感覺的TRP及刺激物質,也在尋求刺激其他部位 TRP 的方式。

刺激物質必須沒有味道

研究團隊使用辣椒素作為刺激熱感的物質,會選用辣椒素的一個重要因素是辣椒素沒有味道:如果每次變化溫度就會跑出特殊味道,很容易讓使用者出戲分心。而在刺激冷感的物質上,功效良好的薄荷醇因為帶有特殊的薄荷糖味道而被排除,研究人員最後挑選桉樹油,雖然桉樹油一樣有味道,但不像薄荷醇那樣讓使用者分神。

在尋找各種刺激物質的過程中,由於大部分物質有特殊的味道,因此研究團隊也針對這個問題尋找解決方法,稱之為粉紅味道,就是利用人很難辨識的味道來掩飾刺激物質產生的味道。

省電、輕量、整合嗅覺與溫度

實驗設備照片

該團隊開發的設備主要包含刺激物質容器、霧化器,除了傳遞虛擬世界的溫度之外,原本就可以傳遞味道。為了避免各種刺激物質因殘留而混合,各種不同的刺激材料必須分開裝納,管道末端更採用毛細管設計,讓設備每次僅霧化極少量的特定刺激物質。

根據研究團隊表示,如此設計的設備重量含電池僅 100 多公克,耗電量為電熱冷卻元件的 1/50 左右,並且可以同時提供嗅覺與溫度的模擬。

 

引用來源:芝加哥大學研究團隊專案網頁Digital TrendsIEEE Spectrum

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