筑波大学系统信息系、Cybernics研究中心的黑田嘉宏教授等人发布研究结果称，开发出了一项在实际不改变皮肤温度的情况下，通过非接触方式产生虚拟冷感的技术。该技术利用人体对快速温度变化敏感的特性，使用冷气流和热光源。通过瞬间切换快速冷刺激和缓慢热刺激，使人产生冷感。该技术不仅有望实现在VR（虚拟现实）环境中体验瞬间的温度感觉，还能体验持续的温度感觉。相关研究成果已于10月16日发表在《IEEE Transactions on Haptics》杂志上。
图1 本研究概要（供图：筑波大学）
使用冷气流和光源，通过瞬间切换高于感知阈值的快速冷刺激和低于感知阈值的缓慢热刺激，在几乎不改变皮肤温度的情况下，让人产生冷感。
在VR环境中，温度感觉作为识别周围环境的重要因素而备受关注。
截至目前，前述研究团队已在世界范围内率先构建了应用涡流效应的非接触冷感呈现技术。涡流效应是指将压缩空气注入管道时，会形成高速旋转的气流并最终分成冷气和热气的现象，现已应用于冷却设备等领域。
此次，以这一成果为基础，研究团队致力于开发新的非接触式冷感技术。
人是通过皮肤感知身体状况的变化进而感知温度的，但如果持续受到相同刺激，就会逐渐适应，难以感知新的刺激。另一方面，人体还具有对快速温度变化敏感的特性。
根据这一特性，通过快速冷刺激和缓慢热刺激的反复切换，就能在不改变皮肤温度的情况下引发冷感。
在实验中，研究人员给参与者（20至30岁的男性14人，女性1人）呈现了不同强度的冷刺激和热刺激组合，并记录了他们感知到的温度感觉。
结果显示，该实验能在实际不改变皮肤温度的情况下，通过非接触方式使人持续产生了冷感。
所产生的冷感强度，通过使冷刺激的速度达到1.5倍（每秒0.24℃的温度变化），即使实际上不改变皮肤温度，也能实现与持续降低皮肤温度的传统技术（每秒0.16℃的温度变化）相同程度的冷感。
在VR世界中，该技术不仅能使人体验到剧烈燃烧和突然冷风等瞬时的温度感觉，还能体验到长时间持续的温度感觉。将有望让人感受到难以实际前往的旅行地的氛围等。
黑田教授和XU Jiayi（研究当时为研究生）表示：“研究之初，由于冷气流和热光源交替切换，存在气流的风压感突出的问题。为此，我们在保持冷气流的量不变并且持续输出的情况下，同时增大光源的输出，反复进行ON/OFF，通过合成的热刺激成功地交替制造了冷状态和热状态。未来，我们希望在缩小设备体积等方面继续努力，并招募合作企业以实现产品化。”
“此外，我还研发了一种刺激提示模式，能够安全、快速、准确地提示不同目标温度感觉，即使皮肤温度几乎没有变化。我们通过高速切换人可以感知的温度下降和人不能感知到的温度上升，实现了在几乎不改变皮肤温度的情况下，呈现出连续的冷感。我的这些研究成果在触觉领域的国际权威期刊和会议上多次发表，并获得了两项专利，以及多个国际和日本国内学会的奖项。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：《IEEE Transactions on Haptics》
论文：Integration of Independent Heat Transfer Mechanisms for Non-Contact Cold Sensation Presentation with Low Residual Heat.
DOI：10.1109/TOH.2023.3324754
