城大研发无线嗅觉反馈系统，让用户在虚拟世界也闻到气味

由香港城市大学（城大）科研人员共同领导的研究团队最近发明了一种新颖、无线的嗅觉反馈系统。该系统采用皮肤接触式设计，可以透过微型气味产生器释放出各种气味。这种可穿戴的新装置能把气味融入到虚拟实境（VR）及扩增实境（AR）之中，以提供更多的沉浸式体验及广泛应用，包括逼真如亲历其境的4D电影观赏、医学治疗以及遥距网上教学。

共同领导这项研发的城大生物医学工程学系副教授于欣格博士说：“近期的人机界面发展，突显了人类感官反馈的重要性，包括视觉、听觉和触觉，并广泛应用于与娱乐、医疗、虚拟实境及扩增实境相关的领域，但其实嗅觉在人类的感知体验中，同样发挥着重要的作用。然而，目前的嗅觉生成技术大都局限于密闭区域或房间之内并采用大型仪器，又或需由笨重的VR装置来产生气味。”

有鉴于此，于博士遂与北京航空航天大学的学者合力开发出新一代的可穿戴式嗅觉反馈系统。该新系统使用了具弹性及微型的气味产生器（odour generators）阵列，并具有无线操作及可编程的功能，极为灵活。

_{视频展示了在观赏4D电影的过程中，黏贴皮肤式的嗅觉反馈装置的应用。（视频来源：Liu, Y. et al, https://www.nature.com/articles/s41467-023-37678-4）}

研究团队共开发了两种不同设计，两款可穿戴嗅觉反馈装置均可按需要为用家释放出不同气味。有关装置由柔软的基材制成，兼具体积细小及轻便的优点。第一种反馈装置是能黏贴在皮肤上的贴片式小型装置，它由两个气味产生器组成，并可以直接黏贴在使用者的鼻子与上唇之间。由于气味产生器和使用者鼻子的距离极短，它可以实现超快速的嗅觉反应。

第二款反馈装置则采用了一种灵活的柔性面罩设计，它装设有九个能产生不同气味的气味产生器，可产生数百种不同气味的组合。

上述的气味产生器之所以能产生如魔法般逼真的气味，全赖一个精细的加热平台和机械式热驱动器。它通过加热去融化气味产生器内藏着不同香味的石蜡，导致石蜡产生相变，从而释放出可调节浓度的不同气味。若要停止释出气味，气味产生器可以通过控制热驱动器，来中止加热及冷却石蜡。

透过使用浸透了不同香味的安全石蜡，研究团队至今共制造出大约30种不同的气味，包括迷迭香的香气、菠萝的果味以及甜焗薄煎饼的香味，甚至还能制作出未必令大部分人喜欢的气味如榴梿气味。在实验测试中，11名志愿者能成功辨识出由气味产生器制造的气味，平均成功率高达93%。

新的嗅觉反馈系统不仅支援长时间的使用，而且无需频繁更换香石蜡和维修，可在不同的应用环境实现与人的互动。最重要的是，嗅觉界面能支援无线和可编程的操作，故能适应不同的场合与使用者互动。此外，它能迅速反应，爆发式地产生气味又或是中止气味的生成，还可以精确地控制气味的浓度。它的另一优点是不同的气味来源很容易获得，且具有生物相容性。

_{视频展示在VR虚拟实境游戏中面罩式嗅觉反馈装置的应用。（视频来源：Liu, Y. et al, https://www.nature.com/articles/s41467-023-37678-4）}

在实验过程中，4D电影观赏、医学治疗、人类情感控制和网上教学中的VR/AR体验演示，均展示了新的嗅觉反馈界面在各个应用领域的巨大潜力。

举例说，在实验里，当用户在虚拟花园中行走时，无线嗅觉反馈系统可以释放各种水果的香味，让使用者与虚拟对象之间作出互动。这项新技术还展示了它在帮助失忆症患者唤起失去的记忆的潜力，因为气味感知受到经历影响，故气味的重现，有助病者重新记起遗忘了的情感记忆。

于博士说：“这套崭新嗅觉反馈系统为用户在虚拟实境中重现嗅觉的感受，提供了一个新的替代选择。由于新系统释放气味时不但反应快速，而且气味产生器的集成密度高，并具有两种不同的可穿戴设计，确保了新嗅觉反馈系统在各个应用领域的巨大潜力，包括娱乐、教育、医疗保健和人机界面等等。”

谈到下一步的研究计划，于博士指他和研究团队将专注于开发反应时间更短、体积更小、集成密度更高的新一代嗅觉反馈系统，以便应用于VR、AR和混合实境（MR）。

上述研究结果已于学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）上发表，标题为〈Soft, Miniaturized, Wireless Olfactory Interface for Virtual Reality〉。

论文的通讯作者是于博士和北京航空航天大学固体力学研究所的李宇航博士。第一共同作者是于博士研究团队的博士后刘一明博士、由于博士指导的博士生姚俊祺先生及WooYoung Park先生，以及李博士研究团队的博士后赵召博士。

本次研究主要得到中国国家自然科学基金、香港城市大学和香港研究资助局的支持。