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电子皮肤指向北方 传感器给人类磁感受

发布时间:2019-04-14 08:58

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  虽然鸟类能够自然地感知地球的磁场并将其用于定位,但到目前为止,人类还没有接近复制这一壮举 - 至少现在如此。位于德国Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的研究人员开发出一种具有磁敏感能力的电子皮肤(e-skin),其灵敏度足以检测和数字化地球磁场中的身体运动。由于这种电子皮肤极薄且具有延展性,因此可以很容易地贴在人体皮肤上,形成指南针的仿生类似物。这不仅可以帮助人们解决方向问题,还可以促进与虚拟和增强现实中的对象的交互。结果发表在Nature Electronics杂志上。

  只需向左滑动手,屏幕上的虚拟熊猫将开始向左下方移动。向右滑动你的手,你可以使黑白动物面向相反的方向。这个演示让人联想到电影“少数派报道”中的着名场景,其中首席演员汤姆克鲁斯控制着一台除了手势之外的电脑。16年前的科幻小说,现在已经成为现实,这得益于Denys Makarov博士和他的HZDR研究团队。无论是笨重的手套,笨重的眼镜,还是复杂的相机系统都无法控制熊猫的路径。所需要的只是一条聚合物薄膜,不超过千分之一毫米厚,附着在手指上 - 以及地球的磁场。

  “该箔片配备了可以拾取地磁场的磁场传感器,”主要作者GilbertSantiagoCanBermdez说。“我们谈论的是40到60微特斯拉 - 比典型冰箱磁铁的磁场弱1000倍。”这是高度兼容的电子皮肤的首次演示,其能够依赖与地磁场的相互作用来控制虚拟对象。之前的演示仍然需要使用外部永磁体:“我们的传感器使佩戴者能够不断确定他相对于地球磁场的方向。因此,如果他或身体传感器的身体部分改变方向,传感器会捕获运动,然后传输并数字化以在虚拟世界中运行。“

  传感器是磁性材料坡莫合金的超薄条带,其工作原理是所谓的各向异性磁阻效应,CanBermdez解释说:“这意味着这些层的电阻会根据它们的取向而变化。为了使它们与地球的磁场特别对齐,我们用导电材料板装饰这些铁磁条,在这种情况下是金,以45度角排列。因此,电流只能流动到外磁场。在这个角度,它改变了传感器的响应,使其在非常小的磁场周围最敏感。当传感器指向北方时电压最强,当它们指向南方时最弱。“研究人员进行了户外实验,以证明他们的想法在实际环境中有效。

  使用传感器连接到他的食指,用户从北方开始,首先向西,然后向南,然后再向后 - 导致电压相应地上升和下降。显示的基本方向与用作参考的传统指南针上显示的方向相匹配。“这表明我们能够开发出第一款软质和超薄便携式传感器,可以再现传统罗盘的功能,并可以为人类提供人工磁感受,”Bermdez说。但这还不是全部。研究人员还能够将原理转移到虚拟现实,使用他们的磁传感器来控制计算机游戏引擎Panda3D中的数字熊猫。

  在这些实验中,指向北方对应于熊猫向左移动,指向南方向右移动。当手在左边,即磁北方时,虚拟世界中的熊猫开始向那个方向移动。当它向相反的方向滑动时,动物转过身来。“我们能够将真实世界的地磁刺激直接转移到虚拟领域,”Denys Makarov总结道。由于传感器可以承受极端弯曲和扭曲而不会失去其功能,研究人员发现其传感器实际应用的巨大潜力不仅仅是一种访问虚拟现实的方式。“例如,心理学家可以更准确地研究磁感知对人类的影响,而不需要笨重的设备或繁琐的实验设置,



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