Тактильные устройства, которые обеспечивают связь посредством прикосновений, значительно эволюционировали с момента их появления в 1960-х годах. Первоначально они полагались на жесткие, обоснованные механизмы, действующие как пользовательские интерфейсы, генерирующие обратную связь на основе силы из виртуальных сред. Но с развитием технологий распознавания и приведения в действие тактильные устройства становятся все более пригодными для ношения. Сегодняшние инновации сосредоточены на кожной обратной связи - стимулировании рецепторов кожи для обеспечения реалистичных ощущений прикосновения, - а не на кинестетической обратной связи, которая имитирует усилие, оказываемое на опорно-двигательный аппарат.

"Носимые тактильные устройства теперь интегрированы в потребительские товары, такие как умные часы и игровые аксессуары, и они выполняют более сложные функции в здравоохранении, робототехнике и иммерсивных МЕДИА", - сказал О'Мэлли, профессор инженерии семьи Томаса Майкла Паноса и профессор кафедры машиностроения. "Новый переход к мультисенсорной тактильной обратной связи, который означает одновременную передачу более чем одного типа сенсорных стимулов, улучшает пользовательский опыт, но при этом создает новые инженерные и перцептивные проблемы. По мере того как эта технология будет развиваться, мы увидим, как она перейдет к более богатому мультисенсорному опыту, который преодолеет разрыв между цифровым взаимодействием и человеческим прикосновением ".

Разработка эффективных носимых мультисенсорных тактильных устройств требует глубокого понимания восприятия прикосновений человеком, и исследовательская группа определила несколько ключевых проблем в этой области на сегодняшний день. Одним из наиболее существенных препятствий является изменчивость механики контакта с кожей, поскольку различия в эластичности кожи, распределении рецепторов и внешних факторах, таких как влажность, могут изменить восприятие тактильных раздражителей. Другой проблемой является тактильная маскировка, когда многочисленные тактильные ощущения, такие как вибрация и растяжение кожи, могут мешать друг другу, снижая четкость восприятия.

"Кожа каждого человека по-разному реагирует на раздражители из-за различий в эластичности, влажности и даже волосах на теле", - сказал Престон, доцент кафедры машиностроения. "Такая изменчивость делает разработку универсально эффективных устройств невероятно сложной задачей".

Кроме того, удобство ношения и комфорт по-прежнему являются главными факторами в каждом изделии. Тактильные устройства должны быть сконструированы таким образом, чтобы соответствовать различным местоположениям тела, не вызывая дискомфорта, не ограничивая движений и не нарушая повседневную деятельность. Такие факторы, как вес, размер и способы крепления, играют решающую роль в обеспечении длительного использования.

"Истинное погружение в тактильные технологии зависит не только от того, что чувствуют пользователи, но и от того, насколько естественно и комфортно они это воспринимают", - сказал Престон.

В дополнение к выявлению проблем, авторы определили несколько новых методов приведения в действие, которые могли бы по-новому определить носимую тактильную технологию.

Электромеханическое приведение в действие, обычно используемое в системах с вибрационной обратной связью, остается наиболее широко применяемым методом благодаря своей надежности и доступности по цене. Однако ему часто трудно обеспечить широкий спектр тактильных сигналов. Полимерное управление, основанное на интеллектуальных полимерах, которые меняют форму или текстуру под воздействием раздражителей, предлагает легкую и гибкую альтернативу для обеспечения тактильной обратной связи. Жидкостное управление, в котором используется сжатый воздух или жидкость для создания динамичных тактильных ощущений, набирает популярность в мягкой робототехнике и тактильных носимых устройствах на текстильной основе, предлагая новые возможности для комфорта и адаптивности. Кроме того, тепловое управление появляется как способ усилить погружение в виртуальную среду или имитировать взаимодействия в реальном мире с помощью ощущений согревания или охлаждения.

"Мы ожидаем, что эти технологии значительно расширят сферу применения тактильной обратной связи, особенно в таких областях, как медицинская реабилитация, разработка протезов и взаимодействие человека и машины", - сказал О'Мэлли. "Несмотря на многообещающий характер, необходима дальнейшая доработка для улучшения времени отклика, долговечности и энергоэффективности".

Обзор также дает представление о том, как носимые тактильные технологии способны открыть новые возможности во взаимодействии человека с цифровой и физической средой. В виртуальной и дополненной реальности мультисенсорные тактильные ощущения усиливают погружение, позволяя пользователям ощущать цифровые объекты, улучшая впечатления от игр, тренировочных симуляций и образования. В здравоохранении и реабилитации носимые тактильные устройства помогают в обучении двигательным навыкам, реабилитации после инсульта и обратной связи с протезами конечностей, позволяя пациентам более эффективно взаимодействовать с окружающим миром. Вспомогательные технологии и коммуникационные приложения используют тактильные интерфейсы, чтобы помочь людям с нарушениями зрения или слуха путем преобразования слуховой или визуальной информации в сенсорные сигналы. Системы навигации и наведения извлекают выгоду из тактильных носимых устройств, предоставляя интуитивно понятные указания направления, помогая людям с ослабленным зрением и улучшая навигацию без помощи рук в таких областях, как военные и авиация. Кроме того, телеуправление и робототехника значительно выиграют, поскольку роботизированные системы с дистанционным управлением и тактильной обратной связью позволяют пользователям "чувствовать" объекты на расстоянии, повышая точность в таких деликатных задачах, как роботизированная хирургия.

Несмотря на значительный прогресс, авторы подчеркнули необходимость дальнейших исследований в области мультисенсорного тактильного восприятия. Понимание того, как мозг обрабатывает одновременные тактильные сигналы, будет иметь решающее значение при совершенствовании будущих устройств, а для обеспечения широкого внедрения потребуется баланс между технологической сложностью, комфортом пользователя и практичностью использования.

"Конечная цель - создать тактильные устройства, которые ощущаются так же естественно, как прикосновения в реальном мире", - сказал О'Мэлли.