Um dispositivo de renderização eletrotátil vestível de alta resolução que virtualiza a sensação de toque

TX, 20/10/2022 

Por UCH 

Uma equipe de pesquisa colaborativa co-liderada pela City University of Hong Kong (CityU) desenvolveu um sistema de renderização tátil vestível, que pode imitar a sensação de toque com alta resolução espacial e uma taxa de resposta rápida.

A equipe demonstrou seu potencial de aplicação em uma tela braille, adicionando a sensação de toque no metaverso para funções como compras e jogos de realidade virtual, e potencialmente facilitando o trabalho de astronautas, mergulhadores de alto mar e outros que precisam usar luvas grossas.

"Podemos ouvir e ver nossas famílias a longa distância por meio de telefones e câmeras, mas ainda não podemos senti-las ou abraçá-las. Estamos fisicamente isolados por espaço e tempo, especialmente durante esta pandemia de longa duração", disse o Dr. Yang Zhengbao, Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecânica da CityU, que co-liderou o estudo.

"Embora tenha havido um grande progresso no desenvolvimento de sensores que capturam digitalmente recursos táteis com alta resolução e alta sensibilidade, ainda não temos um sistema que possa efetivamente virtualizar o sentido do toque que possa gravar e reproduzir sensações táteis no espaço e no tempo."

Em colaboração com o Robotics X Laboratory da gigante de tecnologia chinesa Tencent, a equipe desenvolveu um novo sistema de renderização eletrotátil para exibir várias sensações táteis com alta resolução espacial e uma taxa de resposta rápida. Suas descobertas foram publicadas na revista científica Science Advances .

Limitações nas técnicas existentes

As técnicas existentes para reproduzir estímulos táteis podem ser amplamente classificadas em duas categorias: estimulação mecânica e elétrica. Ao aplicar uma força mecânica localizada ou vibração na pele, os atuadores mecânicos podem provocar sensações táteis estáveis ​​e contínuas. No entanto, tendem a ser volumosos, limitando a resolução espacial quando integrados a um dispositivo portátil ou vestível.

Os estimuladores eletrotáteis, por outro lado, que evocam sensações de toque na pele no local do eletrodo, passando uma corrente elétrica local pela pele, podem ser leves e flexíveis, oferecendo maior resolução e resposta mais rápida. Mas a maioria deles depende de pulsos de corrente contínua (CC) de alta voltagem (até centenas de volts) para penetrar no estrato córneo, a camada mais externa da pele, para estimular os receptores e os nervos, o que representa uma preocupação de segurança. Além disso, a resolução de renderização tátil precisava ser melhorada.

O mais recente atuador eletro-tátil desenvolvido pela equipe é muito fino e flexível e pode ser facilmente integrado a um berço de dedo. Este dispositivo vestível na ponta do dedo pode exibir diferentes sensações táteis, como pressão, vibração e rugosidade da textura em alta fidelidade. Em vez de usar pulsos DC, a equipe desenvolveu uma estratégia de estimulação alternada de alta frequência e conseguiu reduzir a tensão de operação abaixo de 30 V, garantindo que a renderização tátil seja segura e confortável.

Eles também propuseram uma nova estratégia de super-resolução que pode gerar sensação tátil em locais entre eletrodos físicos, em vez de apenas nos locais de eletrodos. Isso aumenta a resolução espacial de seus estimuladores em mais de três vezes (de 25 para 105 pontos), para que o usuário possa sentir uma percepção tátil mais realista.

Estímulos táteis com alta resolução espacial

"Nosso novo sistema pode eliciar estímulos táteis com alta resolução espacial (76 pontos/cm 2), semelhante à densidade de receptores relacionados na pele humana, e uma taxa de resposta rápida (4 kHz)", disse Lin Weikang, um Ph.D. estudante da CityU, que fez e testou o dispositivo.

A equipe realizou diferentes testes para mostrar várias possibilidades de aplicação deste novo sistema de renderização eletrotátil vestível. Por exemplo, eles propuseram uma nova estratégia de Braille que é muito mais fácil para pessoas com deficiência visual aprenderem.

A estratégia proposta divide o alfabeto e os dígitos numéricos em traços individuais e ordenam da mesma forma que são escritos. Ao usar o novo sistema de renderização eletrotátil na ponta do dedo, o usuário pode reconhecer o alfabeto apresentado sentindo a direção e a sequência dos traços com o sensor da ponta do dedo.

“Isso seria particularmente útil para pessoas que perdem a visão mais tarde na vida, permitindo que continuem a ler e escrever usando o mesmo sistema alfabético ao qual estão acostumadas, sem a necessidade de aprender todo o sistema de pontos Braille”, disse o Dr. Yang.

Habilitando o toque no metaverso

Em segundo lugar, o novo sistema é adequado para aplicativos e jogos VR/AR, adicionando a sensação de toque ao metaverso. Os eletrodos podem ser altamente flexíveis e escaláveis ​​para cobrir áreas maiores, como a palma da mão. A equipe demonstrou que um usuário pode sentir virtualmente a textura das roupas em uma loja virtual de moda. O usuário também experimenta uma sensação de coceira na ponta dos dedos ao ser lambido por um gato VR. Ao acariciar o pelo de um gato virtual, o usuário pode sentir uma variação na aspereza à medida que os movimentos mudam de direção e velocidade.

O sistema também pode ser útil na transmissão de detalhes táteis finos através de luvas grossas. A equipe integrou com sucesso os eletrodos finos e leves do sistema de renderização eletrotátil em sensores táteis flexíveis em uma luva de segurança. O conjunto de sensores táteis captura a distribuição de pressão no exterior da luva e transmite as informações ao usuário em tempo real por meio de estimulação tátil.

No experimento, o usuário pode localizar com rapidez e precisão uma pequena arruela de aço com apenas 1 mm de raio e 0,44 mm de espessura com base no feedback tátil da luva com sensores e estimuladores. Isso mostra o potencial do sistema em permitir a percepção tátil de alta fidelidade, que atualmente não está disponível para astronautas, bombeiros, mergulhadores de alto mar e outros que precisam usar roupas ou luvas de proteção grossas.

"Esperamos que nossa tecnologia beneficie um amplo espectro de aplicações, como transmissão de informações, treinamento cirúrgico, teleoperação e entretenimento multimídia", acrescentou o Dr. Yang.

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Fonte:https://techxplore.com/news/2022-10-high-resolution-wearable-electrotactile-device-virtualizes.html