Когда речь заходит о тактильной обратной связи, большинство технологий ограничиваются простыми вибрациями. Однако наша кожа состоит из множества чувствительных датчиков, которые способны воспринимать не только давление и вибрацию, но и растяжение, скольжение, и другие тонкие ощущения.
Теперь инженеры Северо-Западного университета представили инновационное устройство, которое создает точные и разнообразные движения для имитации этих сложных ощущений.
Компактное и легкое беспроводное устройство, которое можно разместить на коже, прикладывает силы в любом направлении, обеспечивая различные тактильные ощущения: от вибраций до растяжения, давления, скольжения и скручивания. Устройство, подробно описанное в журнале Science, способно комбинировать эти ощущения и варьировать их скорость, создавая более тонкие и реалистичные ощущения осязания.
Работающее от аккумулятора устройство подключается через Bluetooth к гарнитурам виртуальной реальности или смартфонам. Оно компактное, эффективное и может быть размещено в различных местах на теле, объединено с другими приводами или интегрировано в носимую электронику.
Исследователи предполагают, что эта технология имеет потенциал для множества применений: улучшение виртуального опыта, помощь людям с нарушениями зрения в ориентации, создание тактильной обратной связи для онлайн-покупок, удалённых визитов к врачу и даже возможность для людей с нарушениями слуха «чувствовать» музыку.
«Большинство тактильных приводов просто вызывают вибрации», — сказал Джон А. Роджерс, ведущий разработчик технологии из Северо-Западного университета. «Наша цель заключалась в том, чтобы создать устройство, которое может прикладывать усилия в любом направлении — толкать, скручивать, растягивать и скользить. Мы создали миниатюрный привод, который может точно воспроизводить сложные тактильные ощущения, полностью программируемым способом».
Пионер в области биоэлектроники Роджерс, профессор материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии, руководил работой вместе с Юнганом Хуаном из Северо-Западного университета и другими коллегами. Исследование основывается на предыдущих разработках лабораторий Роджерса и Хуанга, которые создали программируемые миниатюрные вибрационные приводы для осязания.
Преодоление ограничений тактильных технологий
В последние годы технологии в области визуальных и аудиовизуальных эффектов стремительно развиваются, создавая невероятно реалистичные ощущения с помощью высококачественных динамиков и очков виртуальной реальности. Однако тактильные технологии, несмотря на свою значимость, развиваются медленно. Современные системы по-прежнему предлагают в основном простые вибрации.
Эта задержка обусловлена высокой сложностью человеческого осязания. Кожа содержит механорецепторы, которые реагируют на различные типы стимулов, и чтобы точно воспроизвести прикосновение, необходимо контролировать не только силу воздействия, но и его направление, скорость и последовательность.
«Причина, по которой тактильные технологии отстают от аудио и видео, заключается в сложности механики деформации кожи», — объясняет Эдвард Колгейт из Северо-Западного университета, соавтор исследования. «Кожу можно не только прокалывать, но и растягивать, что делает процесс воспроизведения осязания чрезвычайно сложным».
Технология с полной свободой движений
Чтобы преодолеть эти сложности, исследователи разработали новый тип привода с полной свободой движений (FOM). Это означает, что привод может перемещать кожу в любом направлении, создавая реалистичные ощущения растяжения, сжатия, скольжения и других тактильных воздействий. Данный привод активирует механорецепторы кожи как по отдельности, так и в различных комбинациях.
«Это огромный шаг в создании точных тактильных ощущений», — говорит Колгейт. «Теперь мы можем не только тыкать в кожу, но и растягивать её или создавать сложные узоры ощущений».
Устройство имеет размер всего несколько миллиметров и использует магнит и катушки, которые генерируют магнитное поле при подаче электричества. Это позволяет создавать силы, достаточно сильные для того, чтобы двигать, толкать, тянуть или скручивать кожу. Объединяя несколько таких приводов в массивы, можно воспроизводить различные ощущения.
«Для нас было важно создать устройство, которое будет одновременно компактным и мощным, — пояснил Хуанг, возглавивший теоретическую работу. — Мы использовали вычислительные и аналитические модели для оптимизации конструкции, чтобы она обеспечивала максимальную силу при минимизации нежелательных эффектов».
Преобразование виртуального мира
Кроме того, в устройстве был добавлен акселерометр, который отслеживает ориентацию устройства и его движение. Это позволяет системе адаптировать тактильную обратную связь в зависимости от контекста. Например, если устройство находится на руке, акселерометр может определить, находится ли рука ладонью вверх или вниз, что помогает точно передавать ощущения от текстур и движения.
«Если вы проведете пальцем по шелку, он будет скользить быстрее, чем по вельвету или мешковине», — говорит Роджерс. «Представьте, что вы покупаете ткань в Интернете и хотите почувствовать её текстуру».
Кроме того, команда исследователей смогла преобразовать музыку в физическое прикосновение, используя тактильную обратную связь. Меняя частоту и интенсивность вибраций, они имитировали ритм и тональность разных музыкальных инструментов.
«Мы смогли отобразить все характеристики музыки в тактильные ощущения, не теряя при этом тонкой информации», — добавил Роджерс. «Это пример того, как осязание может дополнить другие сенсорные переживания. Мы считаем, что наша система позволит значительно сократить разрыв между цифровым и физическим мирами, делая цифровое взаимодействие более естественным и увлекательным».
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/
