Wzbogacanie wirtualnych wrażeń o wrażenia dotykowe stało się gorącym tematem, ale dzisiejsze urządzenia dotykowe są zwykle nieporęczne i splątane przewodami. Zespół kierowany przez naukowców z City University of Hong Kong (CityU) opracował niedawno zaawansowany bezprzewodowy system interfejsu dotykowego o nazwie WeTac, noszony na dłoni, który ma miękkie, ultracienkie miękkie funkcje i zbiera spersonalizowane dane dotyczące wrażeń dotykowych, aby zapewnić żywy dotyk doświadczenie w metawszechświecie.
System ma potencjał zastosowań w grach, sporcie i treningu umiejętności, działaniach społecznych i zdalnym sterowaniu robotami. „Dotykowa informacja zwrotna ma ogromny potencjał, wraz z informacjami wizualnymi i dźwiękowymi, w wirtualnej rzeczywistości (VR), dlatego cały czas staraliśmy się, aby interfejs dotykowy był cieńszy, bardziej miękki, bardziej kompaktowy i bezprzewodowy, aby można go było swobodnie używać na dłoni, jak druga skóra” – powiedział dr Yu Xinge, profesor nadzwyczajny na Wydziale Inżynierii Biomedycznej (BME) w CityU, który kierował badaniami.
Wraz z profesorem Li Wenjungiem, profesorem katedry na Wydziale Inżynierii Mechanicznej (MNE), dr Wang Lidai, profesorem nadzwyczajnym na Wydziale Inżynierii Biomedycznej (BME) i innymi współpracownikami, zespół dr Yu opracował WeTac, ultraelastyczny, bezprzewodowy, zintegrowany system VR skóry. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym Nature Machine Intelligence jako tytułowy artykuł zatytułowany „Kodowanie informacji dotykowych w dłoni za pośrednictwem zintegrowanego ze skórą bezprzewodowego interfejsu haptycznego”.
Lekka, bezprzewodowa, nadająca się do noszenia opaska na rękę zamiast nieporęcznych rękawiczek
Istniejące rękawice haptyczne opierają się głównie na nieporęcznych pompach i kanałach powietrznych, zasilanych i kontrolowanych przez wiązkę przewodów i kabli, co poważnie utrudnia wciągające wrażenia użytkownikom VR i rzeczywistości rozszerzonej (AR). Nowo opracowany WeTac przezwycięża te niedociągnięcia dzięki miękkiemu, ultracienkiemu, zintegrowanemu ze skórą bezprzewodowemu systemowi elektrotaktycznemu.
System składa się z dwóch części: zminiaturyzowanej miękkiej jednostki napędowej, przymocowanej do przedramienia jako panel kontrolny oraz hydrożelowej elektrody na rękę jako interfejsu dotykowego.
Cały przetwornik waży zaledwie 19,2 g i jest na tyle mały (5 cm x 5 cm x 2,1 mm), że można go zamontować na ramieniu. Wykorzystuje komunikację bezprzewodową Bluetooth Low Energy (BLE) i małą ładowalną baterię litowo-jonową. Naszywka na rękę ma grubość zaledwie od 220 µm do 1 mm, z elektrodami na dłoni. Wykazuje dużą elastyczność i gwarantuje skuteczną informację zwrotną w różnych pozach i gestach.
Urządzenie o dużej gęstości pikseli zapewnia spersonalizowane wrażenia
„Symulacja elektrotaktyczna to dobra metoda zapewnienia użytkownikom skutecznego wirtualnego dotyku” – wyjaśnił dr Yu. „Jednakże, ponieważ poszczególne osoby mają różną wrażliwość, ta sama siła sprzężenia zwrotnego może być odczuwana w różny sposób w rękach różnych użytkowników. Dlatego musimy odpowiednio dostosować parametry sprzężenia zwrotnego, aby zapewnić wszystkim użytkownikom uniwersalne narzędzie do wyeliminowania kolejnego głównego wąskiego gardła w obecnej technologii dotykowej ”.
Niezwykle miękka funkcja WeTac umożliwia łatwe mapowanie prądów progowych dla poszczególnych użytkowników w celu określenia zoptymalizowanych parametrów dla każdej części dłoni. W oparciu o spersonalizowane dane progowe, elektrodotykowe sprzężenie zwrotne może być dostarczane do dowolnej części dłoni na żądanie w odpowiednim zakresie intensywności, aby uniknąć powodowania bólu lub bycia zbyt słabym, aby go wyczuć. W ten sposób wirtualne informacje dotykowe, w tym sekwencje przestrzenne i czasowe, mogą być wiernie odtwarzane na całej dłoni.
Plastry WeTac są noszone na dłoniach, aby zapewnić programowalne przestrzenno-czasowe wzorce sprzężenia zwrotnego, z 32 pikselami stymulacji elektrodotykowej na dłoni zamiast tylko na opuszkach palców. Średnia odległość między elektrodami wynosi około 13 mm, co zapewnia szerokie pokrycie całej dłoni.
Urządzenie ma kilka wbudowanych zabezpieczeń chroniących użytkowników przed porażeniem prądem elektrycznym, a temperatura urządzenia jest utrzymywana w stosunkowo niskim zakresie od 27 do 35,5°C, aby uniknąć powodowania dyskomfortu termicznego podczas ciągłej pracy.
Szeroki zakres potencjalnych zastosowań
WeTac został pomyślnie zintegrowany ze scenariuszami VR i AR oraz zsynchronizowany z rękami robotów za pośrednictwem komunikacji BLE. Dzięki miniaturowym rozmiarom, nadającemu się do noszenia i bezprzewodowemu formatowi oraz strategii sprzężenia zwrotnego zorientowanej na czułość, WeTac sprawia, że dotykowe sprzężenie zwrotne w dłoni jest znacznie łatwiejsze i przyjazne dla użytkownika. Użytkownicy mogą odczuwać wirtualne obiekty w różnych sytuacjach, takich jak chwytanie piłki tenisowej podczas treningu sportowego, dotykanie kaktusa lub mysz biegająca po dłoni podczas zajęć towarzyskich, gier wirtualnych itp.
„Wierzymy, że jest to potężne narzędzie do zapewniania wirtualnego dotyku i jest inspiracją dla rozwoju metaverse, interfejsu człowiek-maszyna (HMI) i innych dziedzin” – powiedział dr Yu.
Pierwszymi współautorami są panowie Yao Kuanming i pan Zhou Jingkun, obaj doktoranci w BME, dr Huang Qingyun, ówczesny doktorant w MNE, pani Wu Mengge, asystent naukowy w BME oraz pan Yiu Chun-ki, doktorant w BME. Odpowiednimi autorami są dr Yu, dr Wang i profesor Li z CityU oraz profesor Yu Junsheng z University of Electronic Science and Technology of China. Inni współpracownicy to profesor Song Enming z Uniwersytetu Fudan (były naukowiec w Hong Kong Center for Cerebro-Cardiovascular Health Engineering w CityU) oraz profesor Zhang Haixia i dr Han Mengdi z Uniwersytetu Pekińskiego.
Badania były wspierane przez CityU, Hong Kong Research Grants Council, Fundusz Innowacji i Technologii (ITF), COCHE oraz Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin.
Wideo: https://youtu.be/HDgFwRN7Frk