Esther|編輯
前不久，三星電子公布了一項與南韓亞洲大學合作研發的「人造肌肉」驅動器方案，方案中描述了一種被稱為CASA的柔性放大SMA驅動器，其特點是采用形狀記憶合金（SMA）仿生輕質材料，外形輕薄（0.22g），功率密度高達1.7kW/kg。
在研究過程中，三星將CASA驅動器套用於體感手套和AR眼鏡設計，演示了可變焦AR顯示和體感手套互動等功能。三星研究院表示：我們預計，這項研究成果將為次世代核心硬體技術帶來更加沈浸、互動的體驗感。潛在的套用場景如遠端觸覺技術，將手部觸覺轉化為數位訊號。
1. 可變焦BB AR方案
據青亭網了解，三星打造了一款基於BirdBath光學和0.7寸Micro OLED光源的分體式AR眼鏡，其視場角達到60°，比市面上多款BB方案視場角更大。另外，BB光學模組厚度僅15公釐，加上組合器、遮光罩後厚度也只有20公釐。
這款AR眼鏡最大的特點就是可變焦，目前可以在0.2D和3.3D（近處和遠處）兩個距離之間切換，整個變焦過程不到300毫秒。細節方面，三星AR眼鏡在顯示2D內容時，可手動調整影像深度。而在顯示3D內容時，CASA方案將結合雙目視差渲染演算法，可根據使用者與3D物體之間的相對距離來調整顯示距離/焦距。
我們知道，為了提升視覺舒適度、畫面立體感，AR/VR顯示方案需要跟隨人眼運動而動態調節畫面焦距，也就是說不再像2D螢幕一樣清晰渲染每一顆像素，而是僅在人眼聚焦的位置清晰顯示影像，而失焦的部份則模糊顯示，從而突出3D虛擬場景的立體感。
Meta從Half Dome 1開始就在探索可變焦VR方案，最初透過機械調整螢幕距離來實作變焦，後來為了解決延遲、噪音等問題，開始采用液晶透鏡來實作變焦。
盡管三星也是采用類似於機械的方案，但其采用CASA驅動器來取代傳動致動器，重新整理率達5Hz，每次位移範圍可達1.5公釐，足以覆蓋人眼調焦範圍。同時，也大大縮減了硬體體積。三星認為，這項方案可以比可調焦透鏡方案尺寸更小，靈活性更好。此外，CASA驅動器也足夠耐用，可承受自身重量800倍的壓力。
2. AR體感手套
除了AR眼鏡變焦系統外，三星還將CASA驅動器用來打造體感手套，特點是輕薄、結構緊湊、對壓力敏感。與傳統的震動方案不同，這種人造肌肉驅動器不依賴於震動體感，而是動態渲染皮膚變形體感。該方案透過電阻響應外部壓力而變化，可模擬更加自然、富有表現力的觸覺，甚至可以渲染皮膚變形的體感。
為了在體感手套上模擬大規模皮膚變形，體感手套需要具備高力重比和可大範圍移動的能力。搭載CASA驅動器的觸覺手套可模擬12kPa壓力，並可承受10g總量。三星在觸覺手套中采用了薄聚合物材質，為了提高體感手套的表現力，整合了7個驅動器。
三星表示：對於緊湊型可穿戴驅動裝置，應同時滿足兩個特征，即小尺寸和高有效載荷。SMA致動器，常常用作智慧結構、軟機器人的人造肌肉，這項技術研究已經持續半個世紀。而CASA則是在SMA基礎上進一步最佳化，放大了SMA驅動器的可塑性和功率（驅動應變提升至36.1%、功率密度1.7kW/kg、尺寸為5公釐高），以滿足AR眼鏡對力反饋和重新整理率的需求。作為對比，生物肌肉的功率密度僅大於0.2kW/kg。標準的音圈馬達需要比CASA重70倍、厚兩倍才能達到相當的功率。
3. 套用場景
為了驗證兩款原型的效果，三星測試了AR眼鏡與體感手套的互動，比如，透過手套驅動器來控制AR影像深度，並根據影像變化來動態調整體感反饋。
實驗發現，經過驗證實驗顯示，CASA可以傳達不同程度的力量，不管是大振幅的皮膚變形（2N），還是輕柔的觸碰（0.05N）。在手部壓力傳感部份，科研人員發現高剛度、粗線材的CASA驅動器可實作更大的測量範圍，而采用低剛度、細線材的CASA驅動器則靈敏度更高。此外，可模擬相當高的壓力，甚至可以彈起驅動器本身重量45倍的物體。還可以將CASA作為阻力傳感器來檢測手指接觸動作，比如手部施加的壓力、握力等等。
未來，三星計劃將這項技術用於最佳化AR互動，比如幫助盲人用手語線上上社交，或是將手指在桌面上的敲擊轉化為文字，實作虛擬輸入。而AR眼鏡部份，目前還存在一些技術局限。三星表示：利用CASA驅動器，僅能讓AR眼鏡實作二元對焦，可切換的焦面有限，這是為了保證高功率和小體積而做的權衡。
參考：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31893-1
https://usmarkettoday.com/samsung-publishes-paper-on-artificial-muscle-actuators-for-vr-devices/
