王运武
5G 时代的触觉互联网变革未来在线教育
2021-8-27 15:55
阅读:722

5G 时代的触觉互联网变革未来在线教育

王运武 陈雯 王藤藤 姜松雪

(江苏师范大学 智慧教育学院,江苏 徐州 221116)

         2014 年以来,触觉互联网逐渐成为互联网领域的前沿研究方向。随着 5G 技术成熟和商用的广泛推广,触觉互联网迎来新的发展契机。互联网促进了视觉和听觉通信的发展,触觉互联网实现了远程传递感觉和触觉。触觉互联网促进了人类感知觉、技能与互联网深度融合,延伸了人类技能,实现了人机智慧互联,加快了人类迈向“人机共融”时代的速度。触觉互联网可以增强智慧互联,从而提升教育智慧化水平。触觉互联网能够为动觉学习者提供在线学习新路径,增强在线教育触觉临场感。未来触觉互联网将会在触觉教育机器人、在线实时技能学习、远程触觉实验与体验、盲人触觉补偿和基于具身认知的触觉反馈学习环境五大场景中发挥重要作用。

      互联网是视听媒体之一,延伸了人们的视觉和听觉,成为人们获取视听教育资源的重要信息通道。互联网促进了视觉和听觉通信的发展,触觉互联网建立在触觉通信技术基础之上,远程传递感觉和触觉。触觉互联网、感知互联网与技能互联网的关系。触觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器及其与传感技术、反馈技术、互联网、智能物联网(AIoT的融合,产生了触觉互联网、嗅觉互联网、味觉互联网,并为远程传递人类的技能提供了可能,如实施远程手术。感知互联网可以理解为能够提供视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉五种感知信息实时在线交流互换的智能网络。借助感知互联网,人类所有的感官都可以与机器互动,实现技术支持的感知觉反馈互动。触觉互联网、技能互联网和感知互联网是互联网、移动互联网和物联网发展的高级阶段,促进了人类的感知觉、技能与互联网深度融合,延伸了人类技能,实现了人机智慧互联,加快了人类迈向“人机共融”时代的步伐。未来或许会出现情绪互联网,实现人类情绪的远程感知。

     移动互联网实现了信息的移动交换,物联网实现了智能设备互联,触觉互联网将实现触觉的在线交互和控制。触觉互联网支持的触觉学习环境,能够借助多模态人机界面,实现在线视觉、听觉和触觉交互,增强触觉学习体验,有助于学习者掌握必要的精细运动技能。触觉互联网具有实时感知和同步动作(或控制)两个基本特征 ,这使得人类技能可以远程实时传输。

触觉互联网关系.jpg

图 1  触觉互联网、感知互联网与技能互联网的关系

触觉互联网应用框架.jpg

图 2  触觉互联网应用框架


触觉互联网在线教育应用前景展望


(一)触觉互联网为动觉学习者提供在线学习新路径

       目前,触觉互联网研究仍属于前瞻性研究,其商用价值还有待进一步彰显。从本质上看,触觉互联网与互联网相比,拓展了原有的视听信息通道,增加了触觉信息通道。触觉互联网的诞生使得技能在线传递成为可能,触觉的远程控制与交互延伸了人类技能学习方式。从学习方式看,触觉互联网将变革人类学习方式,催生触觉学习方式。学习者借助可穿戴触觉装置,可以获得动觉学习体验,开拓基于触觉互联网的动作技能在线学习新路径。

(二)触觉互联网增强在线教育触觉临场感

        临场感缺失是困扰在线教育发展的难题,这也是在线教育难以达到线下教育同质同效的根本原因。未来在线教育形态、OMOOnline-Merge-Offlfflffline, 线上和线下的深度融合)教育形态、传统教育形态将呈现协同发展态势,尤其是 OMO 教育形态将会受到师生的青睐。虽然 5G 时代的直播教育,建立了超高速信息传播通道,创新了在线教育形态,在情感交流、临场感、交互性、教学资源时效性、个性化学习体验等方面具有显著优势,但是仍然难以弥补在线教育的触感缺失。触觉互联网打破了视听二元在线教育资源传输的状态,加入了触觉在线教育资源形态。这将改变在线教育资源的呈现方式,重塑视、听、触觉多模态智慧学习环境,增强在线教育触觉临场感,从而在一定程度上破解在线教育临场感缺失的难题。

(三)触觉互联网催生在线教育新场景

      目前,触觉互联网的研究主要集中于遥感控制、自动驾驶、远程医疗、游戏等领域,在教育中尚处于萌芽状态。触觉互联网具有超低延迟、高可靠性、高安全性、触觉实时交互等特点。这将使得构建实时触觉交互系统成为可能,为教育领域提供增强型在线实时触觉交互体验,让师生在学习过程中获得触觉感官支持。触觉互联网的教育应用潜能值得挖掘,在未来在线教育中具有广阔的应用前景。

       根据触觉互联网的功能和特点,可以预测未来触觉互联网将会在五大场景中发挥重要作用:(1)触觉教育机器人。教育机器人具有视觉、听觉和触觉能力,可以开展触觉技能相关的书法教学、武术陪练、钢琴演奏、实验演示等。(2)在线实时技能学习。例如,触觉感应手套记录教师手指操作行为,并进行触觉编码和解码,通过触觉通信传递到远程学习者,可以用于精准学习演奏乐器的姿势和指法、手术操作技能的精准培训、精准操作的仿真训练等。(3)远程触觉实验与体验。触觉互联网延伸了人类的触觉,增强了人机智慧互联,这为开展远程触觉实验、交流触觉体验创设了环境。触觉互联网还可以通过实时触觉交互与控制,远程感知环境,增强人类的远程感知能力。例如,在地球上远程感知月球、火星的环境,识别月壤的硬度、颗粒度大小,体验月球引力等。(4)盲人触觉补偿。触觉是盲人与外界进行信息交流的重要感知通道。触觉传感器可以补偿盲人触觉感知能力,触觉互联网可以实现盲人人机触觉互联。例如,延伸盲人智能手机的触感技能,增强盲文通信,让盲人获得更好的触感体验。(5)基于具身认知的触觉反馈学习环境。沉浸式强触觉反馈学习环境,有利于学习者开展基于具身认知的各种活动,从而增强触觉学习方式的学习效果。从脑科学看,人类学习活动与环境、资源、情绪等具有相互增强的关系,学习的过程就是人脑与外部环境进行信息交换的过程,沉浸式强触觉交互有助于增强神经元联结,进而提升人类的智慧。


触觉互联网变革未来在线教育的建议


      目前,触觉互联网正处于成长阶段,其商用推广价值有待进一步挖掘。为更好地促进触觉互联网在教育中的应用,未来建议:第一,要加快触觉互联网、触觉教育机器人、触觉传感器、触觉反馈技术等关键技术的研发速度,加强人力、物力、财力方面的投入。第二,加快推进触觉终端产品研发,推进触觉互联网应用市场化。第三,在教育领域中试点超前部署触觉互联网,推进触觉互联网变革未来在线教育实践探索。触觉互联网在教育领域中的应用尚处于萌芽阶段,但是已经显现出巨大的应用潜能。期待更多的专家学者关注触觉互联网的教育应用,推进触觉学习方式,开启“人机共融”新时代。


详见:王运武,陈祎雯,王藤藤,姜松雪.5G时代的触觉互联网变革未来在线教育[J].数字教育,2021,7(04):12-19.


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