Кредит: Pixabay/CC0 Общественный домен
Когда дело доходит до тактичной обратной связи, большинство технологий ограничены простыми вибрациями. Но наша кожа загружена крошечными датчиками, которые обнаруживают давление, вибрацию, растяжение и многое другое. Теперь инженеры Северо -Западного университета представили новую технологию, которая создает точные движения, чтобы имитировать эти сложные ощущения.
Исследование, «Полные приводы свободы движения как продвинутые тактичные интерфейсы», опубликовано в журнале НаукаПолем
Сидя на коже, компактное, легкое, беспроводное устройство применяет силу в любом направлении, чтобы генерировать различные ощущения, включая вибрации, растяжение, давление, скольжение и скручивание. Устройство также может комбинировать ощущения и работать быстро или медленно, чтобы имитировать более нюансированное, реалистичное чувство осязания.
Оборудование от небольшой перезаряжаемой батареи, устройство использует Bluetooth для беспроводного подключения к гарнитурам виртуальной реальности и смартфонам. Он также невелик и эффективен, поэтому он может быть размещен в любом месте тела, в сочетании с другими приводами в массивах или интегрирована в текущую носимую электронику.
Исследователи предполагают, что их устройство может в конечном итоге улучшить виртуальный опыт, помочь людям с нарушениями зрения ориентироваться в их окружении, воспроизводить ощущение различных текстур на плоских экранах для онлайн -покупок, обеспечить тактильную обратную связь для удаленных визитов в области здравоохранения и даже позволяет людям с нарушениями слуха для «ощущения» музыки.
«Почти все тактистые приводы действительно только что тыкают на кожу», — сказал Джон А. Роджерс из Северо -Запада, который руководил дизайном устройства.
«Но кожа восприимчива к гораздо более сложным чувствам осязания. Мы хотели создать устройство, которое могло бы применять силы в любом направлении — не просто толкать, но и толкать, скручивать и скользить. Мы построили крошечный привод, который может подтолкнуть кожу в любом направлении и в любом комбинации направлений.
Исследование основано на предыдущей работе из лабораторий Роджерса и Хуанга, в которых они разработали программируемый набор миниатюрных вибрирующих приводов, чтобы передать ощущение осязания.
Хаптическое подвеска
В последние годы визуальные и слуховые технологии испытывали взрывной рост, обеспечивая беспрецедентное погружение через такие устройства, как высокая точка, глубоко детализированные динамики окружающей среды и полностью захватывающие очки виртуальной реальности. Тем не менее, гаптические технологии в основном платили. Даже современные системы предлагают только гудящие модели вибраций.
Этот разрыв в развитии связан с необычайной сложностью человеческого прикосновения. Чувство прикосновения включает в себя различные типы механорецепторов (или датчиков) — для его собственной чувствительности и характеристик ответа — с различными глубинами в разных глубинах. Когда эти механорецепторы стимулируются, они посылают сигналы в мозг, которые переводятся как прикосновение.
Повторяя, что изысканность и нюанс требует точного контроля над типом, величиной и временем стимулов, доставляемых на кожу. Это представляет огромную проблему, которую текущие технологии боролись — и провалились — чтобы преодолеть.
«Одна из причин, по которой тактисные технологии отстают видео и аудио в его богатстве и реализме, заключается в том, что механика деформации кожи сложна»,-сказал Дж. Эдвард Колгейт из Northwestern J. Edward Colgate, пионер и соавтор исследования. «Кожа может быть засунута или растянута вбок. Растяжение кожи может происходить медленно или быстро, и это может происходить сложными узорами на полной поверхности, например, полная ладонь».
Привод развязан
Чтобы имитировать эту сложность, северо -западная команда разработала первый привод с полной свободой движения (FOM). Это означает, что привод не ограничен одним типом движения или ограниченным набором движений. Вместо этого он может двигаться и наносить силы во всех направлениях вдоль кожи. Эти динамические силы задействуют все механорецепторы в кожу, как индивидуально, так и в сочетании друг с другом.
«Это большой шаг к управлению сложностью чувства осязания», — сказал Колгейт, Уолтер П. Мерфи профессор машиностроения в Маккормике. «Привод FOM — это первое небольшое компактное тактичное устройство, которое может вытекать или растягивать кожу, работать медленно или быстро, и использоваться в массивах. В результате его можно использовать для получения замечательного диапазона тактильных ощущений».
Измеряя всего несколько миллиметров размера, устройство использует крошечный магнит и набор проволочных катушек, расположенных в конфигурации гнездования. Когда электричество течет через катушки, он генерирует магнитное поле.
Когда это магнитное поле взаимодействует с магнитом, оно придает силу, достаточно сильную, чтобы двигаться, толкать, тянуть или скручивать магнит. Объединяя приводы в массивы, они могут воспроизводить ощущение защитывания, растяжения, сжимания и постукивания.
«Достижение как компактного дизайна, так и сильной силы силы имеет решающее значение», — сказал Хуанг, который возглавлял теоретическую работу. «Наша команда разработала вычислительные и аналитические модели для выявления оптимальных конструкций, обеспечивая, чтобы каждый режим генерировал свой максимальный компонент сил при минимизации нежелательных сил или моментов».
Воплощение виртуального мира в жизнь
На другой стороне устройства команда добавила акселерометр, который позволяет ему оценивать свою ориентацию в пространстве. С помощью этой информации система может предоставить тактичную обратную связь на основе контекста пользователя. Например, если привод находится на руке, акселерометр может обнаружить, если рука пользователя находится вверх или ладонь. Акселерометр также может отслеживать движение привода, предоставляя информацию о его скорости, ускорении и вращении.
Роджерс сказал, что эта возможность отслеживания движения особенно полезна при навигации по пространствам или касанию различных текстур на плоском экране.
«Если вы запустите пальцем по кусочке шелка, он будет иметь меньше трения и скользить быстрее, чем при прикосновении к вельветам или мешковине», — сказал он. «Вы можете представить себе покупки для одежды или тканей в Интернете и желая почувствовать текстуру».
Помимо воспроизведения повседневного тактильного опыта, платформа также может передавать информацию через кожу. Изменив частоту, интенсивность и ритм тактичной обратной связи, команда преобразовала, например, звук музыки в физическое прикосновение.
Они также смогли изменить тона, просто изменяя направление вибраций. Чувство этих вибраций позволило пользователям различать различные инструменты.
«Мы смогли разбить все характеристики музыки и составить их на тактичные ощущения, не теряя тонкую информацию, связанную с конкретными инструментами», — сказал Роджерс.
«Это всего лишь один из примеров того, как чувство прикосновения может быть использовано для дополнения другого сенсорного опыта. Мы думаем, что наша система может помочь еще больше сократить разрыв между цифровыми и физическими мирами. Добавив истинное чувство осязания, цифровые взаимодействия могут чувствовать себя более естественными и интересными».
Больше информации:
Kyoung-ho Ha et al. Наука (2025). Doi: 10.1126/science.adt2481. www.science.org/doi/10.1126/science.adt2481
Информация журнала:
Наука, предоставленная Северо -Западным университетом
Цитирование: Чувство будущего: новое носимое устройство имитирует сложность человеческого прикосновения (2025, 27 марта), извлеченное 28 марта 2025 года из этого документа, подлежит авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
