超声波技术让虚拟现实更“现实”
撰文：Jeremy Kahn
编辑：郭小轩
翻译：孟洁冰
汤姆·卡特的超声波技术能让人触摸和操纵虚拟物体
“他们是欧洲这个领域最有创意的团队之一”
▲通过虚拟滑块控制DJ混音台，这只是Ultrahaptics技术的一种潜在应用 图片来源：Ultrahaptics公司
在布里斯托尔大学做学生时，汤姆·卡特就迷上了一个似乎不可能实现的想法：让人们感知和操纵虚拟的物体。于是有位教授让他研究20世纪70年代出现（后被搁置）的一个深奥概念：使用超声波技术来模拟触摸感受。
如今，27岁的卡特已经是Ultrahaptics公司的联合创始人和首席技术官，这家公司利用构思巧妙的算法和超声波发射器阵列模拟各种感觉：微小气泡在指尖爆裂，液体流过掌心，三维图形的轮廓……卡特说，从电脑游戏、汽车到家用电器的数10家产品公司都在测试这项技术。该技术正是计算机科学家所谓“触觉反馈技术”的实例（在古希腊语中，触觉的基本意思就是“与某种东西接触”）。
尽管其他高科技公司也在开发自己的触觉反馈技术，但Ultrahaptics称，超声波是唯一能让人们悬空感知和操纵虚拟物体的技术。这项技术有很多潜在应用：使用无形滑块来调大家用音响的低音；通过虚拟旋转按钮调节车内空调温度，不过卡特说，这项技术最有前景的用途或许是让虚拟现实的“感觉”更真实。
“触感对打造强大的虚拟现实技术确实有至关重要的意义，”
卡特说，“如果你拥有最好的虚拟现实头盔和最棒的环绕声耳机，无疑会有非常酷的体验，但如果你在与这些产品互动的过程中没有触觉感受，那就很难有逼真的效果。”
由于保密协议的缘故，卡特不能透露正在测试这项技术的公司，以及这些公司正在开发的产品。但还是能看到一些诱人迹象。在1月举行的国际消费电子展上，高端音响制造商哈曼发布的音响扬声器系统原型采用了Ultrahaptics技术支持的手势控制系统。捷豹路虎宣布，计划把Ultrahaptics技术集成到旗下汽车的手势控制系统中。Ultrahaptics公司首席执行官史蒂夫·克利夫表示，首款使用Ultrahaptics技术的电脑游戏将于今年发布，但是他没有透露更多的细节。
这项技术也有局限性：虽然超声波可以模拟触摸物体轮廓的感觉，但是不能创造固态物体的错觉。你永远可以把手指或手掌穿过超声波振动的区域。用户还会听到超声波遇到皮肤反射发出的烦人嗡嗡声。这家公司表示，它将设法尽量减少噪音。虽然人类无法听到超声波，但猫狗可以听到。Ultrahaptics公司称，这种声音在测试中没有引发犬类反应，还承诺上市产品不会对宠物造成任何影响。
帕特里克·鲍迪施教授在德国波茨坦大学哈索普列特纳研究所专门进行人机交互研究，他对Ultrahaptics公司背后的研究团队赞不绝口，“他们是欧洲这个领域最有创意的团队之一”。然而他表示，如果不能营造抓取固态物体的感觉和现实世界中接触物体遇到的阻力，那么这项技术在虚拟现实领域的应用可能会受限。不过，鲍迪施认为，该技术在增强现实领域（用户需要同时与现实世界和虚拟物体互动的情况）的应用前景会更广阔。
▲Ultrahaptics首席执行官史蒂夫·克利夫(左)和联合创始人兼首席技术官汤姆卡特（右） 摄影：Adrian Sherrat/Ultrahaptics
Ultrahaptics的办公室在企业孵化器The Engine Shed里——它外表时尚、具有后现代风格，位于从前的布里斯托尔火车站机车维修车间里。这座车站由伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔建造。这位19世纪的传奇工程师凭借在火车、轮船和桥梁设计领域的开拓创举而闻名。卡特坐在会议室里，坦率地解释说，该公司硬件没有什么特别之处，不过是把超声波发射器阵列和普通手势控制平台连接起来罢了。
“精妙的是我们的软件，”卡特说，他身材消瘦，略带孩子气，蓬乱的棕色短发看起来像是1964年左右的乔治·哈里森，“这实际上关系到你如何使用算法来控制声波发射器，创造出这种感觉。”
这款软件可以通过编程找到你的手，直接发送声波，把感觉投射到最远6英尺开外只有指尖大小的区域，也可以同时创造多种感觉，比如让不同的手去“接触”不同的东西。
Ultrahaptics公司成立于2013年，源起是卡特在布里斯托尔大学就读期间所做的研究。这些研究得到了计算机科学教授斯利拉姆·苏布拉马尼安的指导，后者领导的实验室致力于改善人机交互体验。苏布拉马尼安此后来到苏塞克斯大学，他表示用超声波模拟触感的想法诞生于20世纪70年代，但当时没人能解决编程问题。“我知道这可能是个有趣的想法，”他说，“但在汤姆来到以前，我真的没想到会有人愿意做这个。”
▲演示电磁炉的虚拟控制按钮 图片来源：Ultrahaptics公司
卡特进行了5年的实验，解决了“很多超级困难的数学问题”， 他期间暂时搁置博士学业，创立了Ultrahaptics公司。苏布拉马尼安和来自同一实验室的研究助理本杰明·隆作为联合创始人加入了这家公司。（两人目前仍担任公司的科学顾问。）一项产品从实验室投入商用需要克服巨大的技术挑战：早期原型设备需要近20分钟才能渲染一张手势图像，打造相应的感觉。现在，Ultrahaptics软件只需原有计算能力的一小部分，就能每秒渲染10万帧图像，使这项技术得以应用于家用电器和汽车。
2014年，卡特和他的合伙人从英国上市风险投资公司IP集团获得了60万英镑的种子资金，开始招募首席执行官。他们很快聘请了在半导体行业担任过多个高管职位的克利夫。克利夫表示，他立即掌握了Ultrahaptics产品的应用。他很喜欢卡特。“汤姆和我很快就一见如故，”克里夫说。让他印象深刻的是，卡特看起来深知自己的不足之处，愿意听取一位经验丰富人士的建议。2014年12月，Ultrahaptics公司正式聘请克利夫担任首席执行官。
去年，Ultrahaptics完成了1010万英镑的A轮投资，领投的Woodford Investment Management是英国大型投资管理公司，由景顺资产管理公司前顶级投资组合经理尼尔·伍德福德执掌。IP集团也投入了更多资金。自成立以来，Ultrahaptics已出售50多套可用于评估这项技术的设备，包括技术支持在内，每套价值2万美元。Ultrahaptics现在有20名以上员工，计划在今年把规模扩大一倍。
随着几轮融资的结束，该公司将于今年晚些时候开设美国办事处，目前正加紧帮助客户把使用Ultrahaptics技术的第一批产品推向市场。这家公司已经从欧盟获得150万欧元的资助，准备把这项技术集成到单芯片上方便小企业使用，比如把手势控制应用于家用灯具领域。
除了虚拟现实和家用电器外，这项技术还有更多的应用方向。比如，Ultrahaptics技术可以让盲人和聋哑人更安全地驾车出行。
还有就是牵引光束。
去年，隆、苏布拉马尼安还有来自布里斯托尔大学和西班牙纳瓦拉大学的其他研究人员组成团队合作，利用Ultrahaptics设备让聚苯乙烯制成的小圆珠悬浮上升，然后在空中抓取并操纵圆珠。在布里斯托尔互动图形实验室（也是诞生Ultrahaptics公司的大学实验室），一位博士生已经用牵引光束技术创造出三维数据的可视化界面。随着数据的变化，这些形成全息图案的悬浮圆珠可以在空中重新组合排列。在布里斯托尔大学专门进行超声波研究的教授布鲁斯·德林克沃特参与了牵引光束项目，他表示这项技术可用于医疗，比如用光束来抓住和取出肾结石碎片等。
（卡特说，Ultrahaptics暂时没有计划进军牵引光束业务。）
本文转自：商业周刊中文版