Виртуальный контакт с кожей: умный текстиль делает объятия на расстоянии ощутимыми

Интеллектуальный текстиль делает виртуальную реальность более захватывающей и позволяет владельцам ощутить физическое прикосновение. Ультратонкая пленка, способная передавать ощущения от прикосновения, способна превратить текстиль в настоящую вторую кожу. Для тяжелобольных детей, находящихся в больничных изоляторах, эта новая технология дает им возможность ощутить физическую близость своих родителей во время компьютеризированных визитов и снова ощутить, как их держат на руках, обнимают или тискают в объятиях.

Исследовательская группа под руководством профессоров Стефана Зелеке и Пола Моцки из Саарского университета представит технологию, лежащую в основе этого умного текстиля, на выставке Hannover Messe с 22 по 26 апреля (зал 2, стенд B10).

Прикосновение руки к плечу, поглаживание по плечу или простое объятие: человеческое прикосновение может принести спокойствие, комфорт и близость, ощущение безопасности и защищенности. Когда прикосновение стимулирует нервные клетки нашей кожи, активизируются многочисленные участки нашего мозга, что приводит к немедленным изменениям в биохимии нашего организма. Высвобождаются гормоны и сигнальные молекулы, в том числе окситоцин, который создает ощущение благополучия и связи.

С другой стороны, видеозвонки, как правило, оставляют нас равнодушными. Нам не хватает близости и эмоциональной связи, которые возникают при личных встречах. Но что происходит, когда физическая близость необходима, когда дети серьезно больны, а родители не могут их навестить? Когда физический контакт невозможен из-за ослабленной иммунной системы?

Междисциплинарная исследовательская группа из Саарского университета, htw, Саарского университета прикладных наук, Центра мехатроники и технологий автоматизации (ZeMA) и Немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта (DFKI) работает над технологией, которая позволит детям, находящимся в больничных изоляторах, естественным образом ощущать тесную физическую близость своих родителей во время виртуальных визитов.

Проект "Мульти-погружение" находится на стыке инженерных наук, нейротехнологий, медицины и информатики, и члены исследовательской группы разрабатывают способы реализации мультисенсорных виртуальных взаимодействий между людьми. Цель состоит в том, чтобы создать новую технологию, которая позволит маленьким пациентам видеть, слышать и чувствовать своих родителей, братьев и сестер максимально реалистично, чтобы дети испытывали сильное чувство тесного физического взаимодействия, даже если они физически разделены.

Исследовательская группа, возглавляемая профессорами Стефаном Зелеке и Полом Моцки из Саарского университета и ZeMA в Саарбрюккене, отвечает за тактильную сторону проекта и за создание технических систем, обеспечивающих реалистичное ощущение прикосновения. Инженеры из Саарбрюккена являются экспертами в использовании тонких силиконовых пленок для придания поверхностям новых свойств.

Они разработали пленки толщиной всего 50 микрометров, которые можно носить как вторую кожу. Точно так же, как кожа является интерфейсом нашего тела с внешним миром, эти ультратонкие пленки являются интерфейсом нашего тела с виртуальным миром. Цель состоит в том, чтобы создать реалистичное ощущение прикосновения в результате взаимодействия людей в виртуальной среде.

При использовании в текстильных изделиях эти высокотехнологичные пленки позволяют ребенку ощутить прикосновение, когда мама или папа гладят другой умный текстильный материал в другом месте.

"Пленки, известные как диэлектрические эластомеры, действуют как датчики, распознающие тактильные ощущения от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, которые передают эти движения ребенку", — пояснил профессор Силеке, возглавляющий лабораторию интеллектуальных систем материалов в Саарландском университете.

Функционируя в качестве датчика, пленка способна с очень высокой точностью распознавать, как рука или палец нажимает на пленку или растягивает ее, когда проводит по ней пальцем. Эта физическая деформация, вызванная рукой родителя, затем в точности воспроизводится во второй ткани, которая соприкасается с кожей ребенка, создавая у него реалистичное впечатление, например, будто его гладят по руке.

"На каждую сторону ультратонкой пленки нанесен очень гибкий электропроводящий слой, который создает так называемый диэлектрический эластомер. Если мы приложим напряжение к эластомерной пленке, электроды притянутся друг к другу, сжимая полимер и заставляя его расширяться в стороны, тем самым увеличивая площадь его поверхности", - сказал профессор Пол Моцки, который является профессором в области интеллектуальных систем материалов для инновационного производства в Саарландском университете и в ZeMA.

Даже малейшее движение пленки изменяет ее электрическую емкость, которая является физической величиной, поддающейся точному измерению. Когда палец проводит по пленке, пленка деформируется, и для каждого отдельного положения пленки можно определить точное значение электрической емкости. Последовательность измеренных значений емкости отражает траекторию движения пальца. Таким образом, пленка представляет собой собственный гибкий датчик, который может распознавать степень ее деформации.

Зная, как соотносятся значения емкости и деформации пленки, исследователи могут использовать "умный текстиль" для передачи поглаживающих движений родительской руки на руку ребенка. Исследовательская группа может точно контролировать движение эластомерной пленки. Объединив данные о емкости и интеллектуальные алгоритмы, команда разработала блок управления, который может прогнозировать и программировать последовательность движений и, таким образом, точно контролировать деформацию эластомерной пленки.

"Мы можем заставить пленку совершать непрерывные контролируемые сгибательные движения, чтобы она оказывала все большее давление на кожу, или же мы можем заставить ее оставаться в фиксированном положении", - объяснила аспирантка Сипонтина Кроче, которая проводит докторские исследования в рамках проекта. Они также могут выполнять постукивающие движения с заданной частотой. Амплитуду и частоту движений можно точно регулировать.

В этом году на выставке в Ганновере команда разработчиков продемонстрирует свою технологию с помощью "часов", на заднюю панель которых нанесена интеллектуальная пленка. "Мы можем создать цепочки из этих интеллектуальных компонентов, чтобы они могли передавать длительные поглаживающие движения. Для этого мы соединяем компоненты таким образом, чтобы они могли взаимодействовать и сотрудничать коллективно в рамках сети", - пояснил Моцки.

Эта технология "умного текстиля" является недорогой, легкой, бесшумной и энергоэффективной. Новая технология эластомерной пленки, которая обеспечивает тактильные ощущения в компьютерных играх, также может быть использована для придания игровому процессу большей реалистичности. В смежных проектах инженеры использовали свои технологии для создания интерактивных перчаток для будущих процессов промышленного производства или для создания ощущения тактильной "кнопки" или "слайдера" на плоских стеклянных дисплеях, что буквально выводит взаимодействие с сенсорными экранами на новый уровень.

В этом году на Ганноверской выставке эксперты в области интеллектуальных материалов из Саарбрюккена представят другие разработки, в которых используются диэлектрические эластомеры, такие как сенсорные рубашки или подошвы обуви, или промышленные компоненты, такие как насосы, вакуумные помпы и высокопроизводительные приводы.

Описание к фото. Интеллектуальный текстиль делает виртуальную реальность более захватывающей и позволяет владельцам ощутить физическое прикосновение. Ультратонкая пленка, способная передавать ощущения от прикосновения, способна превратить текстиль в настоящую вторую кожу. В этом году на выставке в Ганновере исследовательская группа, возглавляемая профессорами Стефаном Зелеке и Полом Моцки из Саарского университета, продемонстрирует свои технологии на часах, на тыльную сторону которых нанесена смарт-пленка. Аспирантка Сипонтина Кроче (слева) и студент Лукас Рот (справа) проводят исследования в области текстиля, в котором используются высококачественные материалы.- технические фильмы. В смежных проектах инженеры использовали свои технологии для создания интерактивных перчаток для будущих процессов промышленного производства. Автор: Оливер Дитце