築波大學系統資訊系、Cybernics研究中心的黑田嘉宏教授等人發佈研究結果稱，開發出了一項在實際不改變皮膚溫度的情況下，透過非接觸方式產生虛擬冷感的技術。該技術利用人體對快速溫度變化敏感的特性，使用冷氣流和熱光源。透過瞬間切換快速冷刺激和緩慢熱刺激，使人產生冷感。該技術不僅有望實施在VR（虛擬實境）環境中體驗瞬間的溫度感覺，還能體驗持續的溫度感覺。相關研究成果已於10月16日發表在《IEEE Transactions on Haptics》雜誌上。
圖1 本研究概要（供圖：築波大學）
使用冷氣流和光源，透過瞬間切換高於感知閾值的快速冷刺激和低於感知閾值的緩慢熱刺激，在幾乎不改變皮膚溫度的情況下，讓人產生冷感。
在VR環境中，溫度感覺作爲識別週遭環境的重要因素而備受關注。
截至目前，前述研究團隊已在世界範圍内率先構建了應用渦流效應的非接觸冷感呈現技術。渦流效應是指將壓縮空氣注入管道時，會形成高速旋轉的氣流並最終分成冷氣和熱氣的現象，現已應用於冷卻設備等領域。
此次，以這一成果爲基礎，研究團隊致力於開發新的非接觸式冷感技術。
人是透過皮膚感知身體狀況的變化進而感知溫度的，但如果持續受到相同刺激，就會逐漸適應，難以感知新的刺激。另一方面，人體還具有對快速溫度變化敏感的特性。
根據這一特性，透過快速冷刺激和緩慢熱刺激的反復切換，就能在不改變皮膚溫度的情況下引發冷感。
在實驗中，研究人員給參與者（20至30歲的男性14人，女性1人）呈現了不同強度的冷刺激和熱刺激組合，並記錄了他們感知到的溫度感覺。
結果顯示，該實驗能在實際不改變皮膚溫度的情況下，透過非接觸方式使人持續產生了冷感。
所產生的冷感強度，透過使冷刺激的速度達到1.5倍（每秒0.24℃的溫度變化），即使實際上不改變皮膚溫度，也能實施與持續降低皮膚溫度的傳統技術（每秒0.16℃的溫度變化）相同程度的冷感。
在VR世界中，該技術不僅能使人體驗到劇烈燃燒和突然冷風等瞬時的溫度感覺，還能體驗到長時間持續的溫度感覺。將有望讓人感受到難以實際前往的旅行地的氛圍等。
黑田教授和XU Jiayi（研究當時爲研究生）表示：「研究之初，由於冷氣流和熱光源交替切換，存在氣流的風壓感突出的問題。爲此，我們在保持冷氣流的量不變並且持續輸出的情況下，同時增大光源的輸出，反復進行ON/OFF，透過合成的熱刺激成功地交替製造了冷狀態和熱狀態。未來，我們希望在等比縮小設備體積等方面繼續操作努力，並招募合作企業以實施產品化。」
「此外，我還研發了一種刺激提示模式，能夠安全、快速、準確地提示不同目標溫度感覺，即使皮膚溫度幾乎沒有變化。我們透過高速切換人可以感知的溫度下降和人不能感知到的溫度擧升，實施了在幾乎不改變皮膚溫度的情況下，呈現出連續的冷感。我的這些研究成果在觸覺領域的國際權威期刊和會議上多次發表，並獲得了兩項專利，以及多個國際和日本國内學會的獎項。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：《IEEE Transactions on Haptics》
論文：Integration of Independent Heat Transfer Mechanisms for Non-Contact Cold Sensation Presentation with Low Residual Heat.
DOI：10.1109/TOH.2023.3324754
