Система имеет потенциал применения в играх, спорте и обучении навыкам, общественной деятельности и дистанционном управлении роботами. "Сенсорная обратная связь обладает большим потенциалом, наряду с визуальной и аудиальной информацией, в виртуальной реальности (VR), поэтому мы продолжали пытаться сделать тактильный интерфейс тоньше, мягче, компактнее и беспроводнее, чтобы им можно было свободно пользоваться на руке, как второй кожей", - сказал доктор Ю Синге., доцент кафедры биомедицинской инженерии (BME) в CityU, который руководил исследованием.

Вместе с профессором Ли Вэньцзюном, заведующим кафедрой машиностроения (MNE), доктором Ван Лидаем, доцентом кафедры биомедицинской инженерии (BME), и другими сотрудниками команда доктора Ю разработала WeTac, сверхгибкую беспроводную интегрированную систему виртуальной реальности для кожи. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Природа машинного интеллекта в качестве статьи на обложке, озаглавленной "Кодирование тактильной информации в руке с помощью беспроводного тактильного интерфейса, интегрированного в кожу".

Легкая беспроводная накладка для ношения на руке вместо громоздких перчаток

Существующие тактильные перчатки в основном основаны на громоздких насосах и воздуховодах, которые питаются и управляются с помощью множества шнуров и кабелей, что серьезно затрудняет погружение пользователей виртуальной и дополненной реальности (AR). Недавно разработанный WeTac устраняет эти недостатки благодаря своей мягкой, ультратонкой беспроводной электротактильной системе, интегрированной в кожу.

Система состоит из двух частей: миниатюрного устройства с мягким приводом, прикрепленного к предплечью в качестве панели управления, и электродной повязки на руку на основе гидрогеля в качестве тактильного интерфейса.

Весь блок драйвера весит всего 19,2 г и достаточно мал (5 см х 5 см х 2,1 мм), чтобы его можно было установить на рычаг. Он использует беспроводную связь Bluetooth low energy (BLE) и небольшую перезаряжаемую литий-ионную батарею. Пластырь для рук толщиной всего от 220 мкм до 1 мм с электродами на ладони. Он обладает большой гибкостью и гарантирует эффективную обратную связь в различных позах и жестах.

Устройство с высокой плотностью пикселей обеспечивает персонализированный опыт

"Электротактильная стимуляция - хороший метод обеспечения эффективного виртуального прикосновения для пользователей", - объяснил доктор Юй. "Однако, поскольку люди обладают разной чувствительностью, одна и та же сила обратной связи может ощущаться по-разному в руках разных пользователей. Поэтому нам необходимо соответствующим образом настроить параметры обратной связи, чтобы предоставить универсальный инструмент для всех пользователей, позволяющий устранить еще одно серьезное узкое место в современной тактильной технологии ".

Сверхмягкая функция WeTac позволяет легко отображать пороговые значения тока для отдельных пользователей, чтобы определить оптимальные параметры для каждой части руки. Основываясь на персонализированных пороговых данных, электротактильная обратная связь может быть доставлена в любую часть руки по требованию в надлежащем диапазоне интенсивности, чтобы избежать причинения боли или быть слишком слабой, чтобы ее можно было почувствовать. Таким образом, виртуальная тактильная информация, включая пространственные и временные последовательности, может быть точно воспроизведена по всей руке.

Пластыри WeTac надеваются на руки для обеспечения программируемой пространственно-временной обратной связи с 32 пикселями электротактильной стимуляции на ладони, а не только на кончиках пальцев. Среднее расстояние между электродами от центра к центру составляет около 13 мм, что обеспечивает широкий охват всей руки.

Устройство имеет несколько встроенных мер безопасности для защиты пользователей от поражения электрическим током, а температура устройства поддерживается в относительно низком диапазоне от 27 до 35,5 ° C, чтобы избежать возникновения какого-либо теплового дискомфорта во время непрерывной работы.

Широкий спектр потенциальных применений

WeTac был успешно интегрирован в сценарии виртуальной реальности и AR и синхронизирован с роботизированными руками с помощью BLE-связи. Благодаря миниатюрному размеру, носимому и беспроводному формату, а также стратегии обратной связи, ориентированной на чувствительность, WeTac делает тактильную обратную связь в руке намного проще и удобнее в использовании. Пользователи могут ощущать виртуальные объекты в различных сценариях, таких как захват теннисного мяча на спортивной тренировке, прикосновение к кактусу или ощущение мыши, бегущей по руке, в социальных мероприятиях, виртуальных играх и т.д.

"Мы считаем, что это мощный инструмент для обеспечения виртуального прикосновения и вдохновляет на развитие метавселенной, человеко-машинного интерфейса (HMI) и других областей", - сказал д-р Ю.

Первыми соавторами являются г-н Яо Куанмин и г-н Чжоу Цзинкунь, оба аспиранты BME, доктор Хуан Цинъюнь, в то время аспирант MNE, мисс Ву Менгге, научный сотрудник BME, и г-н Ю Чун-ки, аспирант BME. Авторами-корреспондентами являются д-р Ю, д-р Ван и профессор Ли из СитьЮ, а также профессор Ю Цзюньшэн из Университета электронных наук и технологий Китая. Среди других сотрудников - профессор Сон Энмин из Университета Фудань (бывший научный сотрудник Гонконгского центра церебро-сердечно-сосудистой инженерии здоровья в CityU), а также профессор Чжан Хайся и доктор Хан Менгди из Пекинского университета.

Исследование было поддержано CityU, Советом по исследовательским грантам Гонконга, Фондом инноваций и технологий (ITF), COCHE и Национальным фондом естественных наук Китая.

Видео: https://youtu.be/HDgFwRN7Frk