E-Skin：搭載磁場感測器的電子皮膚，實現VR等領域的非接觸式交互

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當提到虛擬現實系統，感測器「像手套一樣合適」或許已經不夠了，我們希望感測器像皮膚一樣合身。據IEEE Spectrum報道，德國科學家Denys Makarov和同事們設計了一款磁敏電子皮膚(e-skin) ，可以感知方向。設備能夠追蹤人類手部的細微動作，且輕薄到幾乎不為人體所察覺。

研究人員表示，e-skin可以代替體積過大 (且通常對手部運動有所限制) 的VR手套。另外，設備讓用戶可以藉助簡單的手勢，通過移動端的AR應用，與日常生活中的物體進行交互。

「想像一下，你要按下某個按鈕，而這個按鈕在一個你難以觸及的地方。這個時候，你可能就需要和按鈕進行一種非接觸式交互。」Makarov說，「磁場感測器與永磁體的結合可以幫你實現這樣的操作。」

e-skin貼附於用戶手部之後，便可以追蹤手部的位置以及轉動，而轉動方向的判斷是藉助外部磁場與手部形成的角度來完成的。信息傳輸至電腦後，將經過數字重建，並被翻譯為一項功能或一條命令。

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研發團隊展示了e-skin的性能：一位用戶完成了調節虛擬燈光明暗與「打字」兩項任務，且整個過程未藉助任何接觸式交互方式。在調整亮度的過程中，帶有永磁體的塑料環代表調節明暗的撥盤。用戶將感測器放在手掌中，將手置於撥盤上方 (不接觸) ，並像轉動旋鈕一樣轉動手掌。計算機則將這些動作翻譯為亮度調節的命令並執行。

在虛擬鍵盤的演示中，腕帶上設有感測器，而另一隻手的指尖則有一枚小型磁鐵。用戶可以將指尖抬至手腕感測器四個區域其中之一的上方 (不接觸) ，從而選擇四個鍵盤字元中的一個。

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其實，利用磁場進行動作追蹤，在VR領域已有先例。Oculus Research和華盛頓大學的科研人員曾經在Finexus系統中，演示指尖大小的磁感測器在VR場景下的應用；初創團隊Ommo正在開發一雙內置磁感測器的手套，用於手部動作追蹤。

不過，Makarov團隊的研發過程並未建立在傳統磁感測器的基礎上，而是將小型化磁敏元件用一種新的方式排列起來，製成磁場感測器。Makarov表示，與大多數手部追蹤設備相比，此次發布的研究成果由於擁有獨特的機械性能並且輕薄靈活，不會對手部動作造成限制。

電子皮膚或人造皮膚也並非首次提出的全新概念，市面上已存在用於監測皮膚質量、生命體征、溫度變化等數據的電子皮膚設備，相關技術也已用於開發感知能力更強的義肢產品。2015年，Makarov團隊也曾演示過接近感測技術，不過彼時系統並未包含方向感知功能。

此次，Makarov實驗室發布的樣機，首次將磁感應技術應用於可以感知方向的電子皮膚材料。與光學方案的不同之處在於，設備無需感測器與物體之間的直接視線。

Makarov和實驗室的博士研究生Gilbert Santiago Ca?ón Bermúdez希望，這項技術能夠應用於軟體設計、物理治療、安全保障等領域。如醫療場景下，感測器可置於皮膚表面，在骨科手術患者的術後康復中負責監測關節恢復情況。

不過，將永磁體放置在物體表面來切換環境中的磁場方向，這一操作在日常生活中或許並不現實。因此，Makarov團隊的下一步計劃，是在位置追蹤中將地磁場加以應用，使設備脫離對永磁體的依賴。

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