Пристрій забезпечує широкий спектр відчуттів, таких як вібрація, тиск і скручування. Команда інженерів під керівництвом Північно-Західного університету розробила новий носимий пристрій, який стимулює шкіру, створюючи різноманітні складні відчуття.
Цей тонкий і гнучкий пристрій м’яко прилягає до шкіри, забезпечуючи більш реалістичні та захоплюючі сенсорні відчуття. Хоча він добре підходить для ігор та віртуальної реальності (VR), дослідники також бачать потенціал у сфері охорони здоров’я. Наприклад, пристрій може допомагати людям із вадами зору «відчувати» навколишнє середовище або надавати зворотний зв’язок користувачам з протезами кінцівок.
Дослідження було нещодавно опубліковане в журналі Nature.
Новітня розробка у сфері носимої електроніки
Пристрій став черговим досягненням у галузі носимих технологій під керівництвом піонера біоелектроніки Північно-Західного університету Джона А. Роджерса. Нове дослідження ґрунтується на попередній роботі, опублікованій у 2019 році в Nature, де його команда представила концепцію «епідермальної VR» – системи, яка передає тактильні відчуття через масив мініатюрних вібраційних активаторів, розміщених на великих ділянках шкіри та керованих бездротовою технологією.
«Наші нові мініатюризовані активатори для шкіри набагато більш функціональні, ніж прості «вібруючі модулі», які ми використовували як демонстраційні пристрої у нашій роботі 2019 року», — сказав Роджерс. «Зокрема, ці крихітні пристрої можуть створювати контрольовані зусилля в широкому діапазоні частот, забезпечуючи постійний тиск без безперервного живлення. Окрема версія дозволяє тим самим активаторам здійснювати м’яке скручувальне рух на поверхні шкіри, що додає реалістичності відчуттям».
Використання енергії шкіри
Новий пристрій містить шестикутний масив із 19 маленьких магнітних активаторів, які знаходяться в тонкому, гнучкому силіконовому матеріалі. Кожен активатор може створювати різні відчуття, включаючи тиск, вібрацію та скручування. Завдяки Bluetooth-з’єднанню зі смартфоном пристрій отримує дані про навколишнє середовище людини та перетворює їх у тактильний зворотний зв’язок, фактично замінюючи один тип чуття (наприклад, зір) іншим (дотиком).
Попри наявність невеликої батареї, пристрій економить енергію завдяки розумному «бістабільному» дизайну. Це означає, що він може залишатися у двох стабільних положеннях без постійного споживання енергії. Коли активатори натискають вниз, пристрій накопичує енергію в шкірі та власній внутрішній структурі. Коли активатори відпускають, використовується лише невелика кількість енергії для вивільнення накопиченої енергії. Завдяки такій енергоефективній конструкції пристрій може працювати довше на одному заряді батареї.
«Замість того щоб боротися зі шкірою, ми вирішили використати енергію, яка вже накопичується в ній, як пружну силу», — пояснив Меттью Флавін, перший автор дослідження. «Як при розтягуванні гумової стрічки, стискання еластичної шкіри накопичує енергію, яку потім можна використати для створення сенсорного зворотного зв’язку».
Сенсорна заміна
Щоб перевірити пристрій, дослідники провели експерименти, в яких добровольці із зав’язаними очима уникали перешкод на своєму шляху, змінювали положення ніг, щоб уникнути травм, і коригували поставу для покращення балансу. В одному з тестів учасник мав пройти маршрут із перешкодами. Коли він наближався до об’єкта, пристрій створював легкий тактильний сигнал у верхньому правому куті. Чим ближче людина підходила до перешкоди, тим інтенсивнішим ставав сигнал, наближаючись до центру пристрою.
Навіть після короткого тренування учасники навчалися змінювати свою поведінку в реальному часі. Замінивши візуальну інформацію механічною, пристрій працював подібно до білої тростини для незрячих, але надавав більш детальну інформацію.
«Ми показали, що ця система може забезпечувати базову форму «зору», передаючи тактильні сигнали на шкіру на основі даних, отриманих за допомогою 3D-сканування (LiDAR), доступного у смартфонах», — зазначив Роджерс. «Такий тип «сенсорної заміни» дозволяє людям із порушеннями зору отримувати корисну інформацію про навколишнє середовище без використання очей».
