Urządzenie składa się z sześciokątnego układu 19 siłowników zamkniętych w miękkim silikonie. Zużywa energię tylko wtedy, gdy siłowniki zmieniają położenie, działając przez dłuższy czas na jednym ładowaniu baterii.
Zespół inżynierów kierowany przez Northwestern University opracował nowy typ przenośnego urządzenia, które stymuluje skórę, dostarczając jej różnorodnych, złożonych doznań.
Cienkie, elastyczne urządzenie delikatnie przylega do skóry, zapewniając bardziej realistyczne i immersyjne wrażenia sensoryczne. Chociaż nowe urządzenie ewidentnie nadaje się do gier i wirtualnej rzeczywistości (VR), naukowcy przewidują również jego zastosowanie w opiece zdrowotnej. Na przykład urządzenie mogłoby pomóc osobom z wadami wzroku „czuć” otoczenie lub przekazywać informacje zwrotne osobom z protezami kończyn.
Badanie zostało opublikowane w środę (6 listopada) w czasopiśmie Nature .
Urządzenie to najnowszy postęp w technologii noszonej autorstwa pioniera bioelektroniki z Northwestern, Johna A. Rogersa. Nowe badanie opiera się na pracy opublikowanej w 2019 r. w czasopiśmie Nature , w której jego zespół wprowadził „epidermal VR”, system interfejsowy skóry, który komunikuje dotyk za pomocą szeregu miniaturowych wibrujących siłowników na dużych obszarach skóry, z szybkim bezprzewodowym sterowaniem.
Nasze nowe zminiaturyzowane siłowniki do skóry są o wiele bardziej wydajne niż proste „brzęczyki”, których używaliśmy jako pojazdów demonstracyjnych w naszym oryginalnym artykule z 2019 r. — powiedział Rogers. Konkretnie, te maleńkie urządzenia mogą dostarczać kontrolowane siły w zakresie częstotliwości, zapewniając stałą siłę bez ciągłego stosowania mocy. Dodatkowa wersja pozwala tym samym siłownikom na zapewnienie delikatnego ruchu skręcającego na powierzchni skóry, aby uzupełnić zdolność dostarczania siły pionowej, dodając realizmu doznaniom.
Rogers jest profesorem nauk materiałowych i inżynierii im. Louisa A. Simpsona i Kimberly Querrey, inżynierii biomedycznej i chirurgii neurologicznej, z nominacjami w McCormick School of Engineering na Northwestern i Feinberg School of Medicine na Northwestern University. Kieruje również Querrey Simpson Institute for Bioelectronics.
Rogers współprowadził prace z Yonggangiem Huangiem z Northwestern, profesorem Jan and Marcia Achenbach Professorship in Mechanical Engineering w McCormick; Hanqingiem Jiangiem z Westlake University w Chinach; i Zhaoqianem Xie z Dalian University of Technology w Chinach. Zespół Jianga zbudował małe struktury modyfikujące potrzebne do umożliwienia ruchów skręcających.
Nowe urządzenie składa się z sześciokątnego układu 19 małych siłowników magnetycznych zamkniętych w cienkiej, elastycznej siateczce silikonowej. Każdy siłownik może dostarczać różne wrażenia, w tym nacisk, wibracje i skręcanie. Korzystając z technologii Bluetooth w smartfonie, urządzenie odbiera dane o otoczeniu osoby w celu przetłumaczenia ich na dotykowe sprzężenie zwrotne — zastępując jedno wrażenie (takie jak wzrok) innym (dotyk).
Chociaż urządzenie jest zasilane małą baterią, oszczędza energię dzięki sprytnej „bistabilnej” konstrukcji. Oznacza to, że może pozostać w dwóch stabilnych pozycjach bez konieczności ciągłego dostarczania energii. Gdy siłowniki naciskają w dół, przechowują energię w skórze i wewnętrznej strukturze urządzenia. Gdy siłowniki naciskają z powrotem w górę, urządzenie wykorzystuje niewielką ilość energii, aby uwolnić zmagazynowaną energię. Tak więc urządzenie wykorzystuje energię tylko wtedy, gdy siłowniki zmieniają pozycję. Dzięki tej energooszczędnej konstrukcji urządzenie może działać przez dłuższy czas na jednym ładowaniu baterii.
Zamiast walczyć ze skórą, ostatecznie chodziło o to, aby faktycznie wykorzystać energię, która jest w niej magazynowana mechanicznie jako energię sprężystą i odzyskać ją podczas działania urządzenia” — powiedział Matthew Flavin, pierwszy autor artykułu. „Podobnie jak rozciąganie gumki recepturki, ściskanie sprężystej skóry magazynuje energię. Możemy następnie ponownie wykorzystać tę energię podczas dostarczania informacji zwrotnej sensorycznej, a to ostatecznie stanowiło podstawę tego, jak stworzyliśmy ten naprawdę energooszczędny system.
W czasie badań Flavin był badaczem podoktorskim w laboratorium Rogersa. Obecnie jest adiunktem inżynierii elektrycznej i komputerowej w Georgia Institute of Technology.
Aby przetestować urządzenie, naukowcy zawiązali oczy zdrowym osobom, by sprawdzić ich zdolność do omijania przeszkód na swojej drodze, zmiany położenia stóp w celu uniknięcia obrażeń oraz modyfikowania postawy w celu poprawy równowagi.
Jeden eksperyment obejmował osobę badaną, która nawigowała ścieżkę przez przeszkadzające obiekty. Gdy osoba badana zbliżała się do obiektu, urządzenie dostarczało sprzężenie zwrotne w postaci natężenia światła w prawym górnym rogu. Gdy osoba ta zbliżała się do obiektu, sprzężenie zwrotne stawało się bardziej intensywne, przesuwając się bliżej środka urządzenia.
Po krótkim okresie szkolenia osoby korzystające z urządzenia były w stanie zmieniać zachowanie w czasie rzeczywistym. Zastępując informacje wizualne informacjami mechanicznymi, urządzenie „działało bardzo podobnie do białej laski, ale integrowało więcej informacji, niż ktoś mógłby uzyskać za pomocą bardziej powszechnej pomocy — powiedział Flavin.
Jako jeden z kilku przykładów zastosowań pokazujemy, że ten system może obsługiwać podstawową wersję „widzenia” w formie wzorców dotykowych dostarczanych na powierzchnię skóry na podstawie danych zebranych za pomocą funkcji obrazowania 3D (LiDAR) dostępnej w smartfonach — powiedział Rogers. „Ten rodzaj „substytucji sensorycznej” zapewnia prymitywne, ale funkcjonalnie znaczące poczucie otoczenia bez polegania na wzroku — zdolność przydatna dla osób z upośledzeniem wzroku.
Źródło: materiały Northwestern University, zdjęcie zajawka: Northwestern University
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.