2022年12月4日

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“元宇宙”硬件怎么玩?Facebook的技术布局为此指明了方向

今年早些时候,该公司专门成立了一个100亿美元的基金,用于开发元宇宙的硬件和软件。

上个月,社交媒体巨头Facebook正式改名为Meta,以彰显其对“元宇宙”(Metaverse)赛道的愿景和期许。

但到目前为止,大部分新闻报道和吃瓜群众都将目光聚焦在了元宇宙的内容和形式上,而忽视了Meta在突破性的设备、控制器和配套硬件上的诸多投入。

Meta公司元宇宙探索路上的第一个概念项目相当低调。去年,它公布了其代号为Project Aria的智能眼镜。

今年,由于Protocol的一份报告,我们对这个“传感器平台”有了更多了解。这些眼镜没有任何头戴式显示器。因此,没有谷歌眼镜式的动作或AR效果。

在传感器方面,它有摄像头和三个按钮,用于电源、捕获和静音。整体观感上平平淡淡,没有什么特别大的亮点。

众所周知,进入元宇宙的关键部分之一就是头显。虽然Facebook已经推出了Oculus Quest 2这样一个受欢迎的产品,但它还远远不够。

这款代号为Project Cambria的新头显将是一款高端设备,价格不菲。有报道称,这可能是传闻中的Oculus Pro,拥有强大的处理器、高分辨率的屏幕和改进的手势跟踪功能。

当前,虚拟现实(VR)和混合现实(MR)头显是元宇宙的第一个前沿领域,但AR眼镜也同样吸引着众多公司。

除了眼镜之外,你还需要某种控制器来与AR中的物体互动。今年3月,Meta 公司展示了一种可以检测手部运动的腕带。

这些概念腕带使用肌电图(EMG)来检测手腕运动产生的电信号,并将其转化为指令。

该公司声称,即使你的手指移动了一毫米,该技术也能检测到信号。这可能有助于开发一种仅仅根据运动意图工作的算法。

例如,你的AR眼镜可以在任何平面上投射出一个键盘,在腕带的帮助下,它将能够检测到你所有的敲击动作。

在其演示中,该公司强调了名为Bellowband和Tasbi(触觉和挤压手镯界面)的两个原型。对于Bellowband,它使用八个气动波纹管来控制其中的空气,并产生触觉感觉。

Meta公司用不同的场景测试了这些手环,如按下虚拟按钮或感受不同表面的纹理。该公司还希望利用触觉技术给你正在进行的练习提供反馈,比如用虚拟弓正确地拉动虚拟箭。

既然元宇宙强调高度沉浸感,那么其所调动的感官反馈就必然不会只局限于视觉和听觉而已,触觉的加入已经势在必行。例如,当你在虚拟世界中拿起一根羽毛或一个金属球时,你将能够有不同的“感觉”。

在过去七年左右的时间里,Facebook的Sean Keller一直在公司的 Reality Labs 开发平台上组建一个团队,致力于开发一种柔软、轻便的触觉手套,这种手套可以真实地模拟虚拟世界中的触觉。

“我们几乎是从零开始创造这一切,”Keller说。“我们正在研究人们如何感知触觉,以及他们如何完成任务。我们正在研究如何在保持机械耦合的同时,适应各种各样的人手形状和大小。我们正在拓展软体机器人和仪器跟踪系统的可能性。我们正在发明全新的软质材料和制造技术——这是对过去的一次彻底突破。”

到目前为止,该项目团队已经选择利用软体机器人技术来驱动实际的触觉。他们很早就意识到,在手套上安装一堆笨重的电机和线路不仅会给手套增加额外的重量,而且还会产生令人不舒服的热量。

所以,Reality Labs的系统在手指内侧使用了一些垫子,这些垫子用空气充气,对用户的皮肤施加压力。压力的大小取决于被触摸的虚拟物体以及它的处理方式,但为了帮助实时应用,该团队正忙于设计一个新的高速微流体处理器,以精确控制致动器,使得响应时间更迅速、更自然。

而且,任何运行该设备的计算机系统需要知道的不仅仅是佩戴者的手在任何特定时刻在虚拟空间中的位置,它还需要记录与物体的接触,赋予它们某种逼真的感觉,并确定用户是如何与它们互动的。

除了研究新的手部追踪技术外,该团队还在建立一种新的渲染软件,以实现逼真的实时感觉,并提供软件工具,使创作者能够相对容易地建立触觉内容。

该项目的另一部分工作是为手套开发轻质、灵活和舒适的材料。廉价的定制聚合物是首选,它可以被纺成具有导电性、电容性和感应性的纤维。材料团队还在探索为佩戴者进一步提供某种定制的方法,因为一刀切的方法对于像这样的大众市场产品是行不通的。

虽然已经取得了相当大的进展,但在可信的触觉体验提供给消费者之前,还有很多工作要做——最初该系统的目标用户是戴 VR 头显的用户,但该团队的目标是使这种手套也能与AR眼镜配合使用。

目前,这个实验装置是一个技术含量很高的“怪物”,包括一个相当大的系绳,所以在商业发布之前,它需要减掉很多体积。

Meta公司不仅仅是让我们在虚拟世界中“感受”物体,它还在努力通过人造皮肤使机器人有感觉。

本月初,Meta正式发布了ReSkin,这是一个开源的触摸感应合成“皮肤”,由该公司的研究人员与卡耐基梅隆大学合作创建。ReSkin利用机器学习和磁感应,采用无监督学习算法来帮助自动校准,旨在提供一种廉价、通用、耐用和可替换的长期使用传感器解决方案。

据介绍,ReSkin是一种嵌入磁性颗粒的可变形弹性体。它的价格便宜,100个单元的生产成本不到6美元。Gupta和Hellebrekers说,ReSkin的厚度为2毫米至3毫米,可用于50,000次以上的互动。

Facebook研究员经理Abhinav Gupta和博士后研究员Tess Hellebrekers称,ReSkin能够检测来自1毫米宽的物体的低至0.1牛顿的力。这使得它成为机器人手、触觉手套或手臂袖子的理想材料。

Gupta和Hellebrekers说,通过使用ReSkin开发的具有触觉感知技能的人工智能模型有可能在医疗保健环境中工作,或者抓取软性物体。由于ReSkin可以与其他传感器集成,以收集视觉、声音和触摸数据,并创建多模态数据集,因此ReSkin还可以帮助建立比以前更逼真的物理世界模型。

“我们的触觉帮助我们了解我们周围的世界。有了它,我们可以收集关于物体的信息,并完成从穿鞋到准备吃饭等一些日常任务,”Gupta和Hellebrekers在一篇博文中说。“如今,人工智能有效地结合了视觉和听觉等感官,但触觉仍然是一个艰难的挑战。部分原因是在环境中获得的触觉感应数据有限。因此,希望将触觉纳入其模型的人工智能研究人员很难像人类那样利用触觉感知的丰富性和冗余性。”

“ReSkin还可以为快速操纵任务提供高频三轴触觉信号,如滑行、投掷、抓取和拍打。而且,当它失效时,它可以很容易地被剥离并换上一个新的。”他们在博文中解释说。

值得注意的是,由于在使用过程中会出现变化,“人造皮肤”产品往往被证明难以大规模制造。每个传感器都必须经过一个校准程序,以确定其各自的响应。更大的挑战是,材料会随着时间的推移而发生变化,这意味着校准也必须自行适应这些变化。

所幸的是ReSkin通过消除软质材料和测量电子装置之间的电气连接需求克服了这些障碍。除此以外,ReSkin还利用了一个根据多个来源的数据训练的映射功能,使其比传统的映射功能更具有通用性和稳健性。该传感器还采用无监督模型,利用少量未标记数据自动、连续地进行微调。

在无监督学习中,一个算法被置于“未知”的数据中,这些数据不存在先前定义的类别或标签。这与监督式学习相反,在监督式学习中,算法被训练在为特定输出注释的输入数据上,直到他们能够检测到底层的关系。像那些运行在 ReSkin 上的非监督式学习系统必须自学如何对未标记的数据进行分类,对数据进行处理不是从注释中学习,而是从数据固有的结构中学习。

为了证明ReSkin的实用性,Facebook的研究人员进行了一些实验,表明它可以应用于手部操作、接触定位和其他力量测量任务。例如,Facebook的研究人员通过将ReSkin和一块电路板放在宠物狗的鞋底内,利用ReSkin跟踪狗在休息、行走和奔跑时的受力大小和方向。

“我们对可普及触觉感应的研究催生了今天的ReSkin,它成本低、体积小、寿命长。”Gupta 和 Hellebrekers写道,“这是一个强大的工具,将帮助研究人员建立人工智能模型,为多样化的应用提供动力。”

以上就是Meta公司在元宇宙硬件设备方面的战略布局。虽然一些小工具,如Project Cambria耳机,可能会在明年到来,但其他东西,如触觉手套,可能需要几年时间才能进入市场。

今年早些时候,该公司专门成立了一个100亿美元的基金,用于开发元宇宙的硬件和软件。因此,如果我们未来不久看到这些惊艳的设备真正亮相,也不必感到惊讶。

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