城大研發無線嗅覺反饋系統，讓用戶在虛擬世界也聞到氣味

由香港城市大學（城大）科研人員共同領導的研究團隊最近發明了一種新穎、無線的嗅覺反饋系統。該系統採用皮膚接觸式設計，可以透過微型氣味產生器釋放出各種氣味。這種可穿戴的新裝置能把氣味融入到虛擬實境（VR）及擴增實境（AR）之中，以提供更多的沉浸式體驗及廣泛應用，包括逼真如親歷其境的4D電影觀賞、醫學治療以及遙距網上教學。

共同領導這項研發的香港城大生物醫學工程學系副教授于欣格博士說：「近期的人機界面發展，突顯了人類感官反饋的重要性，包括視覺、聽覺和觸覺，並廣泛應用於與娛樂、醫療、虛擬實境及擴增實境相關的領域，但其實嗅覺在人類的感知體驗中，同樣發揮著重要的作用。然而，目前的嗅覺生成技術大都局限於密閉區域或房間之內並採用大型儀器，又或需由笨重的VR裝置來產生氣味。」

有鑑於此，于博士遂與北京航空航天大學的學者合力開發出新一代的可穿戴式嗅覺反饋系統。該新系統使用了具彈性及微型的氣味產生器（odour generators）陣列，並具有無線操作及可編程的功能，極為靈活。

_{視頻展示了在觀賞4D電影的過程中，黏貼皮膚式的嗅覺反饋裝置的應用。視頻來源：Liu, Y. et al, https://www.nature.com/articles/s41467-023-37678-4}

研究團隊共開發了兩種不同設計，兩款可穿戴嗅覺反饋裝置均可按需要為用家釋放出不同氣味。有關裝置由柔軟的基材製成，兼具體積細小及輕便的優點。第一種反饋裝置是能黏貼在皮膚上的貼片式小型裝置，它由兩個氣味產生器組成，並可以直接黏貼在使用者的鼻子與上唇之間。由於氣味產生器和使用者鼻子的距離極短，它可以實現超快速的嗅覺反應。

第二款反饋裝置則採用了一種靈活的柔性面罩設計，它裝設有九個能產生不同氣味的氣味產生器，可產生數百種不同氣味的組合。

上述的氣味產生器之所以能產生如魔法般逼真的氣味，全賴一個精細的加熱平台和機械式熱驅動器。它通過加熱去融化氣味產生器內藏著不同香味的石蠟，導致石蠟產生相變，從而釋放出可調節濃度的不同氣味。若要停止釋出氣味，氣味產生器可以通過控制熱驅動器，來中止加熱及冷卻石蠟。

透過使用浸透了不同香味的安全石蠟，研究團隊至今共製造出大約30種不同的氣味，包括迷迭香的香氣、菠蘿的果味以及甜焗薄煎餅的香味，甚至還能製作出未必令大部分人喜歡的氣味如榴槤氣味。在實驗測試中，11名志願者能成功辨識出由氣味產生器製造的氣味，平均成功率高達93%。

新的嗅覺反饋系統不僅支援長時間的使用，而且無需頻繁更換香石蠟和維修，可在不同的應用環境實現與人的互動。最重要的是，嗅覺界面能支援無線和可編程的操作，故能適應不同的場合與使用者互動。此外，它能迅速反應，爆發式地產生氣味又或是中止氣味的生成，還可以精確地控制氣味的濃度。它的另一優點是不同的氣味來源很容易獲得，且具有生物相容性。

_{短片展示在VR虛擬實境遊戲中面罩式嗅覺反饋裝置的應用。 視頻來源：Liu, Y. et al, https://www.nature.com/articles/s41467-023-37678-4}

在實驗過程中，4D電影觀賞、醫學治療、人類情感控制和網上教學中的VR/AR體驗演示，均展示了新的嗅覺反饋界面在各個應用領域的巨大潛力。

舉例說，在實驗裡，當用戶在虛擬花園中行走時，無線嗅覺反饋系統可以釋放各種水果的香味，讓使用者與虛擬對象之間作出互動。這項新技術還展示了它在幫助失憶症患者喚起失去的記憶的潛力，因為氣味感知受到經歷影響，故氣味的重現，有助病者重新記起遺忘了的情感記憶。

于博士說：「這套嶄新嗅覺反饋系統為用戶在虛擬實境中重現嗅覺的感受，提供了一個新的替代選擇。由於新系統釋放氣味時不但反應快速，而且氣味產生器的集成密度高，並具有兩種不同的可穿戴設計，確保了新嗅覺反饋系統在各個應用領域的巨大潛力，包括娛樂、教育、醫療保健和人機界面等等。」

談到下一步的研究計劃，于博士指他和研究團隊將專注於開發反應時間更短、體積更小、集成密度更高的新一代嗅覺反饋系統，以便應用於VR、AR和混合實境（MR）。

上述研究結果已於學術期刊《自然通訊》（Nature Communications）上發表，標題為〈Soft, Miniaturized, Wireless Olfactory Interface for Virtual Reality〉。

論文的通訊作者是于博士和北京航空航天大學固體力學研究所的李宇航博士。第一共同作者是于博士研究團隊的博士後劉一明博士、由于博士指導的博士生姚俊祺先生及WooYoung Park先生，以及李博士研究團隊的博士後趙召博士。

今次研究主要得到中國國家自然科學基金、香港城市大學和香港研究資助局的支持。