Расстояние не проблема: наука имитирует самое реалистичное прикосновение

Современные технологии тактильной обратной связи зачастую простираются лишь до базовых вибрационных эффектов.

Между тем, кожа человека обладает множеством микроскопических датчиков, способных улавливать давление, вибрацию, растяжение и другие ощущения.

В этом контексте инженеры Северо-Западного университета разработали инновационное устройство, которое воссоздаёт сложные тактильные ощущения с высокой точностью. Ожидается, что результаты исследования будут опубликованы 28 марта в журнале Science.

Устройство, имеющее компактные размеры и не требующее проводов, может находиться на коже и воздействовать на неё в любом направлении.

Оно способно создавать разнообразные тактильные ощущения, включая вибрацию, давление, скольжение и растяжение. Кроме того, устройство может комбинировать разные ощущения и изменять скорость их применения, что позволяет имитировать более тонкие и реалистичные эффекты.

Работающее от небольшой перезаряжаемой батареи, устройство использует Bluetooth для подключения к виртуальным гарнитурам и смартфонам. Его эффективность и компактность позволяют размещать его на различных участках тела, а также интегрировать с другими приводами в массивы или в современную носимую электронику.

Исследователи надеются, что их устройство сможет значительно улучшить впечатления от виртуальной реальности, помочь людям с нарушениями зрения ориентироваться в пространстве, воспроизводить текстуры на плоских экранах при онлайн-покупках, обеспечивать тактильную обратную связь во время удалённых медицинских консультаций и даже позволить людям с нарушениями слуха "чувствовать" музыку.

Джон А. Роджерс, руководивший разработкой, отметил, что большинство существующих тактильных датчиков просто касаются кожи. Однако кожа может воспринимать гораздо более сложные ощущения.

Он добавил, что они стремились создать устройство, способное воздействовать на кожу в различных направлениях, включая толкание и скручивание. Это позволило создать крошечный датчик, который может точно контролировать сложные тактильные ощущения программируемым способом.

Роджерс, являющийся пионером в области биоэлектроники, работает в Инженерной школе Маккормика и Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета. В его команде также трудились Йонгган Хуан и другие соавторы, которые ранее разрабатывали программируемые миниатюрные вибрирующие приводы.

Несмотря на стремительное развитие визуальных и аудиотехнологий, тактильная обратная связь оставалась в тени. Даже самые современные системы ограничиваются простыми вибрациями. Основной причиной этой проблемы является сложность человеческого осязания, которая включает множество типов механорецепторов с различной чувствительностью, расположенных на разных глубинах кожи. Стимуляция этих рецепторов посылает сигналы в мозг, интерпретируемые как осязание.

Для воспроизведения такой сложности требуется точный контроль над типом, интенсивностью и временем воздействия на кожу. Эта задача представляет собой серьёзное испытание для современных технологий.

Дж. Эдвард Колгейт из Северо-Западного университета, также участвующий в исследовании, отметил, что механика деформации кожи существенно усложняет создание тактильных технологий. Он упомянул, что кожу можно как вдавливать, так и растягивать, а растяжение может происходить различными способами.

Чтобы справиться с этой задачей, команда разработала привод с полной свободой движения (FOM). Это устройство не ограничивается одним типом движения и может перемещаться во всех направлениях, задействуя все механорецепторы кожи как по отдельности, так и совместно.

Колгейт подчеркнул, что данный привод является первым компактным тактильным устройством, способным создавать широкий спектр ощущений. Устройство состоит из небольшого магнита и наборов проволочных катушек, образующих вложенные кольца. При пропускании электрического тока через катушки создаётся магнитное поле, которое взаимодействует с магнитом и вызывает движения, позволяющие имитировать различные тактильные ощущения.

Кроме того, в устройство встроен акселерометр, позволяющий отслеживать его ориентацию в пространстве. Это позволяет системе адаптировать тактильную обратную связь в зависимости от положения устройства. Например, если привод находится на руке, акселерометр может определить, как рука расположена — ладонью вверх или вниз. Также он отслеживает движение привода, что позволяет учитывать скорость и направление.

Роджерс отметил, что такая функция отслеживания особенно полезна при взаимодействии с различными текстурами на экране. Например, проводя пальцем по различным тканям, пользователи могут ощутить разницу в текстуре.

Платформа не только воспроизводит повседневные тактильные ощущения, но и передаёт информацию через кожу. Исследователи смогли преобразовать звуковые характеристики музыки в физические ощущения, варьируя частоту, интенсивность и ритм тактильной обратной связи. Это позволяет пользователям различать музыкальные инструменты, чувствуя вибрации.

Роджерс добавил, что их система может значительно сократить разрыв между цифровым и физическим мирами, что делает цифровые взаимодействия более естественными и увлекательными.

Исследование получило название "Приводы с полной свободой движения как усовершенствованные тактильные интерфейсы".

Уточнения

Тактильная коммуникация — это форма коммуникации путем физического контакта с другим человеком (напр., рукопожатие, похлопывание по плечу или спине).