數(shù)字時(shí)代，方寸屏幕即是廣闊天地。它彌合了地域間隔，模糊了年齡分野，打破了行業(yè)壁壘，卻唯獨(dú)在無(wú)形中為視障人士劃出了一道鴻溝。試想，如果閉上眼睛使用電子設(shè)備，就算朗讀文本的功能已經(jīng)足夠智能、足夠普遍，但數(shù)字世界仍會(huì)如同被降了維一樣。即使視障者聽(tīng)覺(jué)敏銳度要比常人高出20%～50%，也無(wú)法彌補(bǔ)這一落差。因此，人機(jī)交互技術(shù)亟需一場(chǎng)根源上的創(chuàng)新性革命，為感知信息打開(kāi)更多扇窗，拓展無(wú)限可能。“如果有一天觸覺(jué)也能成為現(xiàn)實(shí)與虛擬之間的橋梁，那么存在視力問(wèn)題的群體日常生活或許真的會(huì)大不一樣?！毕愀劾砉ご髮W(xué)助理教授馬源正站在這樣的隊(duì)伍前沿，致力于使其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

▲馬源

志向由偶然展開(kāi)

踏上觸摸界面中多物理場(chǎng)相互作用相關(guān)研究的道路，對(duì)馬源而言是一場(chǎng)“意外”。中學(xué)時(shí)代，一場(chǎng)場(chǎng)物理、化學(xué)、生物競(jìng)賽的相繼獲獎(jiǎng)，印證著他的天賦與努力，也為他贏來(lái)了清華大學(xué)的保送資格，“那時(shí)候我一直認(rèn)為自己的生物化學(xué)比較好，物理略遜一籌。沒(méi)想到最后還就是‘陰差陽(yáng)錯(cuò)’般選擇了機(jī)械這門(mén)物理學(xué)科”。

其后數(shù)年，清華園的鐘靈毓秀讓馬源慢慢懂得了“歷史中有教益，實(shí)踐中出真知”的道理，在科學(xué)信念建立的過(guò)程中，他逐漸形成了對(duì)機(jī)械行業(yè)的認(rèn)知與態(tài)度?！拔曳浅８兄x母校清華所秉持的教育理念。清華機(jī)械系的培養(yǎng)模式著重強(qiáng)調(diào)‘厚基礎(chǔ)，寬口徑，重實(shí)踐，強(qiáng)素質(zhì)，全面發(fā)展’，這要求我們將專業(yè)知識(shí)觸類旁通到不同的領(lǐng)域中去，需要對(duì)知識(shí)盡量深入地掌握、對(duì)生活有細(xì)致的觀察。”而在馬源的印象里，他的導(dǎo)師曾攀教授就是一個(gè)優(yōu)秀的榜樣。作為一名理論力學(xué)專家，他致力于在祖國(guó)大地上研究并發(fā)表成果，讓分析力學(xué)理論、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論等，統(tǒng)統(tǒng)變成推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的汩汩動(dòng)力?！八晕以诶蠋煹难詡魃斫滔轮饾u認(rèn)識(shí)到，力學(xué)是一種解答時(shí)代命題的絕佳工具，它可以為各式各樣的產(chǎn)品增光添彩，也能為大大小小的工程筑牢地基。”

正是在這種觀點(diǎn)的支撐下，馬源一頭扎進(jìn)書(shū)海游弋，終收獲翰墨留香——在美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校深耕5年的博士歲月，讓他深刻體悟到了物理學(xué)的深度與廣度?！安┦科陂g，我的研究方向是機(jī)械硬盤(pán)的讀寫(xiě)頭（磁頭）與磁盤(pán)的接觸和傳熱問(wèn)題?！睓C(jī)械硬盤(pán)是當(dāng)時(shí)最主流的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，主要通過(guò)磁信號(hào)在硬盤(pán)上的存儲(chǔ)與讀取實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。在這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)中，馬源著重研究了摩擦界面間溫度、振動(dòng)、摩擦等多種物理問(wèn)題相互影響的機(jī)制，并為硬盤(pán)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了依據(jù)。隨著行業(yè)發(fā)展和技術(shù)革新，硬盤(pán)行業(yè)日趨成熟，馬源便依靠在力學(xué)和界面物理的知識(shí)儲(chǔ)備，將目光轉(zhuǎn)而投向了人機(jī)交互的這一滿載機(jī)遇與挑戰(zhàn)的行業(yè)。

“真正的創(chuàng)新從不是空中樓閣，而是要從現(xiàn)實(shí)的土壤中長(zhǎng)出新芽。”在得克薩斯A&M大學(xué)（Texas A&M University）從事博士后研究期間，馬源身體力行，在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·機(jī)器人》（Science Robotics，為Science的重要子刊之一）上發(fā)表了題為《通過(guò)表面溫度變化進(jìn)行虛擬形狀的表面觸覺(jué)呈現(xiàn)》（Surface haptic rendering of virtual shapes through change in surface temperature）的研究成果。文章中，他創(chuàng)新性地提出了通過(guò)調(diào)節(jié)觸屏表面溫度來(lái)改變表面摩擦力的新型觸覺(jué)技術(shù)，并深入論證了溫度變化對(duì)手指表面摩擦力的作用機(jī)制，為虛擬觸覺(jué)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展提供了更多可能性。他表示，未來(lái)推廣此技術(shù)后，大眾網(wǎng)購(gòu)服裝、百貨甚至電子產(chǎn)品時(shí)，可以直接從觸屏表面感受不同商品的觸感，從而讓消費(fèi)者輕松體驗(yàn)產(chǎn)品的觸覺(jué)信息。同時(shí)，通過(guò)觸摸觸屏的方式傳遞信息，對(duì)視障人群來(lái)說(shuō)，也意味著更多的便利。這是馬源第一次將科研目光投向視障人群，“他們可能才是急需此技術(shù)的人群”。自此，相關(guān)研究便也在他心中深植下了根莖，在日夜不停的探索與思考中，逐漸長(zhǎng)出脈絡(luò)。

未來(lái)由創(chuàng)新定義

時(shí)間如沙漏，緩而不停歇。很快，錨準(zhǔn)研究方向的馬源就行至歸國(guó)還是繼續(xù)駐留海外的人生路口。但此刻的他面對(duì)人生課題已經(jīng)毫無(wú)猶豫，選擇于2021年回國(guó)發(fā)展?！翱茖W(xué)無(wú)國(guó)界，科學(xué)家卻有祖國(guó)。把前沿技術(shù)寫(xiě)在自己的故鄉(xiāng)熱土上，才是科研者的共同理想與不息使命?！边@時(shí)，香港理工大學(xué)以其鮮明的特色與“研以致用”的辦學(xué)理念與馬源一拍即合。多番了解下，他決意加入其隊(duì)伍。

在香港理工大學(xué)的研究工作中，馬源始終認(rèn)為當(dāng)前“觸覺(jué)革命”的挑戰(zhàn)主要源于交互技術(shù)。首先，信息獲取的效率與質(zhì)量仍然有限。當(dāng)前，除視覺(jué)外，輔助技術(shù)大多都通過(guò)語(yǔ)音等方式進(jìn)行信息傳遞。這種交互方式使得用戶被迫接受信息，效率方面存在顯著問(wèn)題。其次，語(yǔ)音等方式傳遞消息的認(rèn)知負(fù)擔(dān)較高，用戶須在腦中不斷整合、記憶、回憶、比對(duì)信息。另一方面，從硬件角度來(lái)看，要將解決上述挑戰(zhàn)的技術(shù)集成到可穿戴設(shè)備中，其實(shí)時(shí)性和舒適性仍然需要權(quán)衡。因此，未來(lái)需要在感知智能、交互設(shè)計(jì)、硬件集成和用戶體驗(yàn)等多個(gè)層面協(xié)同發(fā)展，讓輔助技術(shù)不僅是“可達(dá)”，而且更應(yīng)“貼近用戶”。

于是，一個(gè)顛覆性設(shè)計(jì)框架——用觸覺(jué)同步AI視覺(jué)、用手勢(shì)操控信息流，由馬源團(tuán)隊(duì)提出。這是一種利用大視覺(jué)語(yǔ)言模型（LVLM），產(chǎn)生能夠?qū)崟r(shí)解析圖像的技術(shù)與產(chǎn)品——它可依靠手勢(shì)交互，只需單手指尖滑動(dòng)，便可調(diào)節(jié)語(yǔ)音速度，握拳暫停；在聽(tīng)覺(jué)上，采用聽(tīng)覺(jué)主旋律（整體描述）+觸覺(jué)重音（關(guān)鍵數(shù)據(jù)定位）的模式，打破了單一感官的局限。這讓視障人群能真正“觸摸”到數(shù)字世界，“聽(tīng)”懂動(dòng)態(tài)視頻的跌宕起伏。此項(xiàng)成果作為前瞻性研究，由《自然》子刊《自然綜述·電氣工程》（Nature Reviews Electrical Engineering）發(fā)表。

此項(xiàng)成果也將被陸續(xù)應(yīng)用至元宇宙等方面的深度研究中。2024年，一篇發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《設(shè)備》（Device）上的前瞻性文章記錄了馬源團(tuán)隊(duì)的思考，題為《推進(jìn)觸覺(jué)接口技術(shù)在元宇宙中的沉浸式體驗(yàn)應(yīng)用》（Advancing Haptic Interfaces for Immersive Experiences in the Metaverse）。聯(lián)合西湖大學(xué)、北京航空航天大學(xué)及上海交通大學(xué)等多家高校，他們共同總結(jié)了觸覺(jué)反饋技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）中的挑戰(zhàn)，并展望了技術(shù)的應(yīng)用前景，為更多的研究者和開(kāi)發(fā)者提供了寶貴洞見(jiàn)。

“香港理工大學(xué)有其獨(dú)到優(yōu)勢(shì)和獨(dú)特的發(fā)展節(jié)奏?！瘪R源如此評(píng)價(jià)。2024年，香港理工大學(xué)與惠州市人民政府、大亞灣開(kāi)發(fā)區(qū)簽訂協(xié)議，共建香港理工大學(xué)大亞灣技術(shù)創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱“研究院”）；同年9月，研究院正式掛牌成立。雖然距今僅短短1年，但四大研究中心——新材料與新能源研究中心、綠色化學(xué)與可持續(xù)催化中心、綠色與智能制造研究中心、空間計(jì)算與影像研究中心已然并肩而立，且始終秉持著“灣區(qū)共創(chuàng)、協(xié)同發(fā)展”的原則，積極構(gòu)建“技術(shù)研發(fā)—成果轉(zhuǎn)化—產(chǎn)業(yè)應(yīng)用”全鏈條創(chuàng)新生態(tài)，協(xié)同打造粵港澳大灣區(qū)科創(chuàng)共同體。

更為可喜的是，馬源在研究院內(nèi)積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)落地，全力開(kāi)發(fā)新一代觸覺(jué)交互產(chǎn)品。眼下，他已有5項(xiàng)發(fā)明專利提交申報(bào)，由他和團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也即將在設(shè)計(jì)領(lǐng)域在線雜志《設(shè)計(jì)牛奶》（Design Milk）亮點(diǎn)報(bào)道。“未來(lái)，我們還將著重調(diào)整多感官整合與認(rèn)知負(fù)荷的動(dòng)態(tài)平衡，以及材料與算法的協(xié)同設(shè)計(jì)：如柔性電子皮膚與AI算法的融合，實(shí)現(xiàn)更自然的觸覺(jué)紋理模擬，致力于實(shí)現(xiàn)AI驅(qū)動(dòng)的觸覺(jué)反饋與大視覺(jué)語(yǔ)言模型的深度融合?！瘪R源補(bǔ)充道。他深知，觸覺(jué)技術(shù)與現(xiàn)實(shí)生活的融合之路漫長(zhǎng)且充滿挑戰(zhàn)。人們的需求會(huì)不斷出現(xiàn)，相關(guān)模型也會(huì)在實(shí)踐中持續(xù)優(yōu)化。他始終相信，只要科技向善，觸覺(jué)技術(shù)必將迎來(lái)充滿生機(jī)的新時(shí)代。

專家簡(jiǎn)介

馬源，長(zhǎng)期從事人機(jī)界面的微納尺度力學(xué)和摩擦學(xué)行為、觸覺(jué)超材料開(kāi)發(fā)、駐極體壓電材料可穿戴設(shè)備，以及人工智能在人機(jī)交互中的應(yīng)用等研究，尤其致力于開(kāi)發(fā)高效、寬帶、可靠的先進(jìn)人機(jī)機(jī)械界面，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信，重點(diǎn)研究觸摸界面中的多物理場(chǎng)相互作用、建立皮膚的非線性和摩擦學(xué)模型、開(kāi)發(fā)下一代觸覺(jué)表面和觸覺(jué)執(zhí)行器，以及人工智能（AI）的應(yīng)用。他分別于2011年和2013年在北京清華大學(xué)獲得機(jī)械工程與材料科學(xué)專業(yè)的學(xué)士和碩士學(xué)位；2018年，在加州大學(xué)伯克利分校獲得機(jī)械工程博士學(xué)位。在2021年加入香港理工大學(xué)之前，他在得克薩斯A&M大學(xué)擔(dān)任博士后研究員。