基于BB变焦AR眼镜，三星柔性触觉手套研究公布
Esther|编辑
前不久，三星电子公布了一项与韩国亚洲大学合作研发的“人造肌肉”驱动器方案，方案中描述了一种被称为CASA的柔性放大SMA驱动器，其特点是采用形状记忆合金（SMA）仿生轻质材料，外形轻薄（0.22g），功率密度高达1.7kW/kg。
在研究过程中，三星将CASA驱动器应用于体感手套和AR眼镜设计，演示了可变焦AR显示和体感手套交互等功能。三星研究院表示：我们预计，这项研究成果将为次世代核心硬件技术带来更加沉浸、互动的体验感。潜在的应用场景如远程触觉技术，将手部触觉转化为数字信号。
1. 可变焦BB AR方案
据青亭网了解，三星打造了一款基于BirdBath光学和0.7寸Micro OLED光源的分体式AR眼镜，其视场角达到60°，比市面上多款BB方案视场角更大。另外，BB光学模组厚度仅15毫米，加上组合器、遮光罩后厚度也只有20毫米。
这款AR眼镜最大的特点就是可变焦，目前可以在0.2D和3.3D（近处和远处）两个距离之间切换，整个变焦过程不到300毫秒。细节方面，三星AR眼镜在显示2D内容时，可手动调整图像深度。而在显示3D内容时，CASA方案将结合双目视差渲染算法，可根据用户与3D物体之间的相对距离来调整显示距离/焦距。
我们知道，为了提升视觉舒适度、画面立体感，AR/VR显示方案需要跟随人眼运动而动态调节画面焦距，也就是说不再像2D屏幕一样清晰渲染每一颗像素，而是仅在人眼聚焦的位置清晰显示图像，而失焦的部分则模糊显示，从而突出3D虚拟场景的立体感。
Meta从Half Dome 1开始就在探索可变焦VR方案，最初通过机械调整屏幕距离来实现变焦，后来为了解决延迟、噪音等问题，开始采用液晶透镜来实现变焦。
尽管三星也是采用类似于机械的方案，但其采用CASA驱动器来取代传动致动器，刷新率达5Hz，每次位移范围可达1.5毫米，足以覆盖人眼调焦范围。同时，也大大缩减了硬件体积。三星认为，这项方案可以比可调焦透镜方案尺寸更小，灵活性更好。此外，CASA驱动器也足够耐用，可承受自身重量800倍的压力。
2. AR体感手套
除了AR眼镜变焦系统外，三星还将CASA驱动器用来打造体感手套，特点是轻薄、结构紧凑、对压力敏感。与传统的震动方案不同，这种人造肌肉驱动器不依赖于震动体感，而是动态渲染皮肤变形体感。该方案通过电阻响应外部压力而变化，可模拟更加自然、富有表现力的触觉，甚至可以渲染皮肤变形的体感。
为了在体感手套上模拟大规模皮肤变形，体感手套需要具备高力重比和可大范围移动的能力。搭载CASA驱动器的触觉手套可模拟12kPa压力，并可承受10g总量。三星在触觉手套中采用了薄聚合物材质，为了提高体感手套的表现力，集成了7个驱动器。
三星表示：对于紧凑型可穿戴驱动装置，应同时满足两个特征，即小尺寸和高有效载荷。SMA致动器，常常用作智能结构、软机器人的人造肌肉，这项技术研究已经持续半个世纪。而CASA则是在SMA基础上进一步优化，放大了SMA驱动器的可塑性和功率（驱动应变提升至36.1%、功率密度1.7kW/kg、尺寸为5毫米高），以满足AR眼镜对力反馈和刷新率的需求。作为对比，生物肌肉的功率密度仅大于0.2kW/kg。标准的音圈马达需要比CASA重70倍、厚两倍才能达到相当的功率。
3. 应用场景
为了验证两款原型的效果，三星测试了AR眼镜与体感手套的互动，比如，通过手套驱动器来控制AR图像深度，并根据图像变化来动态调整体感反馈。
实验发现，经过验证实验显示，CASA可以传达不同程度的力量，不管是大幅度的皮肤变形（2N），还是轻柔的触碰（0.05N）。在手部压力传感部分，科研人员发现高刚度、粗线材的CASA驱动器可实现更大的测量范围，而采用低刚度、细线材的CASA驱动器则灵敏度更高。此外，可模拟相当高的压力，甚至可以弹起驱动器本身重量45倍的物体。还可以将CASA作为阻力传感器来检测手指接触动作，比如手部施加的压力、握力等等。
未来，三星计划将这项技术用于优化AR交互，比如帮助盲人用手语在线上社交，或是将手指在桌面上的敲击转化为文字，实现虚拟输入。而AR眼镜部分，目前还存在一些技术局限。三星表示：利用CASA驱动器，仅能让AR眼镜实现二元对焦，可切换的焦面有限，这是为了保证高功率和小体积而做的权衡。
参考：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31893-1
https://usmarkettoday.com/samsung-publishes-paper-on-artificial-muscle-actuators-for-vr-devices/
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——青亭网