三星電子多功能人工肌肉致動器研究成果榮登《自然通訊》期刊

on 12.08.2022
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三星研究院與韓國亞洲大學合作展示新世代多功能人工肌肉致動器

三星電子宣布三星研究院(註一)Bongsu Shin博士(共同第一作者)的重要研究成果「Actuating Compact Wearable Augmented Reality Devices by Multifunctional Artificial Muscle」(利用多功能人工肌肉致動小型穿戴式AR裝置)登上國際頂尖期刊《自然通訊》(Nature Communications)。

 

本研究是與韓國亞洲大學Je-Sung Koh教授(通訊作者)帶領的機械工程團隊合作,研發出可應用於擴增實境(AR)眼鏡和自然貼合式觸覺手套的人工肌肉致動器。

 

隨著元宇宙發酵,為了在虛擬世界打造更具臨場感的體驗,致動與感應技術快速發展。與穿戴裝置整合的致動器和感應器體積必須輕巧,方便用戶配戴與動作。傳統致動器因設計限制,無法實現輕薄外型與高功率密度的規格,因此在導入先進功能部分存在侷限性。

 

研究團隊決議採用人工肌肉致動器,突破傳統電磁致動器在製作工程上的限制。人工肌肉致動器可作為小型高功率致動系統,同時具備感應能力,所以能應用在多焦點AR眼鏡和自然貼合式觸覺手套等穿戴裝置。團隊以形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)為基本材料,打造外型輕巧又具高功率的順應式放大SMA致動器(Compliant Amplified SMA Actuator,CASA),重量極輕(0.22公克)但可以舉起比自身重800倍的物體。

 

三星研究院Bongsu Shin博士表示:「本研究提出的新型致動器規格輕巧卻強悍,具備高力重比(force-to-weight ratio)。更重要的是,此裝置不僅克服傳統致動器的限制,同時有機會擴大應用於機器人和穿戴裝置等廣泛領域。我們預期研究成果將成為新世代沉浸式互動體驗的關鍵硬體技術。」

 

研究團隊亦展示以新型致動器進行圖像深度控制。其採用二元深度切換裝置,依據欲投射物件的對焦距離,直接調整AR眼鏡原型光學系統與顯示器間的距離,減少視覺輻輳調節衝突(Vergence Accommodation Conflict,VAC)產生,解決部分用戶在配戴AR眼鏡時出現視覺疲勞的問題。

 

另外,若要透過觸覺裝置在肌膚產生真實感回饋體驗,非震動機械觸覺輸出相當關鍵。為引起皮膚大面積變形的感覺,觸覺裝置需要搭載具備高力重比且可產生大位移的致動器。研究團隊在原型觸覺裝置的有限面積中結合多個致動器,創造更真實的觸覺感受。

 

CASA透過壓力觸發物體動作,並運用人工肌肉的電阻隨著外界壓力改變的特性,在沒有感應器的情況下測量壓力。研究使用的CASA式觸覺手套原型極薄透且壓力靈敏度高,有機會應用於遠端觸覺回饋技術,該技術會辨識觸覺書寫系統的表現並轉換成電子訊號。

 

註一:三星研究院(Samsung Research)是三星電子的先進研發中心,負責為裝置體驗(Device eXperience,DX)事業群研發新世代技術。

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