Исследовательская группа под руководством ученых из Гонконга разработала носимую систему, которая может виртуально воспроизводить ощущения прикосновений с высоким пространственным разрешением и высокой скоростью отклика. Систему протестировали на дисплее Брайля, сообщает Городской университет Гонконга. Разработка описана в журнале Science Advances.
Существующие электротактильные стимуляторы, которые вызывают ощущения прикосновения к коже там, где расположен электрод, пропуская локальный электрический ток через кожу, могут быть легкими и гибкими, предлагая более высокое разрешение и более быструю реакцию. Но большинство из них полагаются на импульсы постоянного тока высокого напряжения (до сотен вольт) для проникновения в роговой слой, самый внешний слой кожи, для стимуляции рецепторов и нервов, что опасно для организма.
Новый электротактильный привод — очень тонкий и гибкий, и его можно легко встроить в напальчник. Это носимое на кончике пальца устройство может с высокой точностью отображать различные тактильные ощущения, такие как давление, вибрация и шероховатость текстуры. Вместо использования импульсов постоянного тока команда разработала стратегию высокочастотной чередующейся стимуляции и сумела снизить рабочее напряжение ниже 30 вольт.
Устройство может воспроизводить тактильные ощущения в том числе и в пространстве между физическими электродами, а не только там, где они расположены. Это увеличивает пространственное разрешение их стимуляторов. Теперь оно составляет 76 точек/см2, что соответствует плотности рецепторов в коже человека. А скорость отклика равна четырем кГц. Все это позволяет пользователю ощущать более реалистичное тактильное восприятие.
Разработчики провели различные тесты, чтобы показать возможности применения новой носимой электротактильной системы. Так, они предложили новую стратегию Брайля, которую людям с нарушениями зрения намного легче освоить. Предлагаемая стратегия разбивает алфавит и цифры на отдельные штрихи и упорядочивает их так же, как они пишутся. Надев новое устройство на кончик пальца, пользователь может распознавать этот алфавит, чувствуя направление и последовательность штрихов с помощью датчика кончика пальца. Так, эта система была бы особенно полезна для людей, которые теряют зрение в более позднем возрасте, позволяя им продолжать читать и писать, используя ту же алфавитную систему, к которой они привыкли, без необходимости изучать всю систему точек Брайля, отмечают авторы работы.
Кроме того, новое устройство хорошо подходит для приложений и игр VR/AR. Электроды могут быть очень гибкими и масштабируемыми, чтобы покрывать большие площади — например, ладонь. Команда продемонстрировала, что пользователь может виртуально ощущать текстуру одежды в онлайн-магазине. Также пользователь испытывает зуд в кончиках пальцев, когда его облизывает виртуальная кошка. А поглаживая шерсть виртуальной кошки, он может почувствовать разницу в шероховатости, поскольку движения меняют направление и скорость.
Система также может быть полезна для передачи мелких тактильных деталей через толстые перчатки. Команда успешно интегрировала тонкие и легкие электроды системы электротактильного рендеринга в гибкие тактильные датчики на защитной перчатке. Массив тактильных датчиков фиксирует распределение давления на внешней стороне перчатки и передает информацию пользователю в режиме реального времени посредством тактильной стимуляции. В ходе эксперимента пользователь мог быстро и точно найти крошечную стальную шайбу радиусом всего один миллиметр и толщиной 0,44 миллиметра на основе тактильной обратной связи от перчатки с датчиками и стимуляторами.
Такие «умные» перчатки нашли бы применение в работе космонавтов, пожарных, глубоководных водолазов и были бы полезны другим людям, которым необходимо носить толстые защитные костюмы или перчатки.
[Фото: ROBOTICS X LAB AND CITY UNIVERSITY OF HONG KONG]
Татьяна Матвеева
