Революционное прикосновение: исследователи изучают будущее носимых мультисенсорных тактильных технологий

Революционное прикосновение: исследователи изучают будущее носимых мультисенсорных тактильных технологий

Виртуальная реальность, реабилитация, тактильная технология, тактильные устройства, прикосновения, кожа, мультисенсорные тактильные устройства, носимые тактильные устройства

От виртуальной реальности до реабилитации и коммуникации — тактильная технология произвела революцию в том, как люди взаимодействуют с цифровым миром. В то время как ранние тактильные устройства были ориентированы на односенсорные сигналы, такие как уведомления на основе вибрации, современные достижения проложили путь для мультисенсорных тактильных устройств, которые интегрируют различные формы тактильной обратной связи, включая вибрацию, растяжение кожи, давление и температуру.

Недавно группа экспертов, в которую входят Марсия О’Мэлли и Дэниел Престон из Университета Райса, аспирант Джошуа Флек, выпускники Зейн Зук и Джанель Кларк, а также другие сотрудники, опубликовала в Nature Reviews Bioengineering подробный обзор, в котором проанализировала текущее состояние носимых мультисенсорных тактильных технологий, описав их проблемы, достижения и применение в реальном мире.

С момента своего появления в 1960-х годах тактильные устройства, позволяющие общаться с помощью прикосновений, значительно эволюционировали. Изначально они представляли собой жёсткие, закреплённые механизмы, выступающие в качестве пользовательских интерфейсов и создающие тактильную обратную связь с виртуальной средой.

Но благодаря достижениям в области сенсорных и исполнительных технологий тактильные устройства становятся всё более удобными для ношения. Современные инновации направлены на кожную обратную связь — стимуляцию рецепторов кожи для создания реалистичных тактильных ощущений, — а не на кинестетическую обратную связь, которая имитирует воздействие на опорно-двигательный аппарат.

«Носимые тактильные устройства теперь интегрированы в потребительские товары, такие как смарт-часы и игровые аксессуары, и выполняют более сложные функции в здравоохранении, робототехнике и иммерсивных медиа», — сказал О’Мэлли, профессор инженерии имени Томаса Майкла Паноса, а также профессор и заведующий кафедрой машиностроения.

«Новый сдвиг в сторону мультисенсорной тактильной обратной связи, то есть одновременного воздействия более чем одним типом сенсорного стимула, улучшает пользовательский опыт, но ставит перед разработчиками и перцепторами новые задачи. По мере развития этой технологии мы увидим, как она переходит к более насыщенному мультисенсорному взаимодействию, которое преодолевает разрыв между цифровым взаимодействием и человеческим прикосновением».

Разработка эффективных носимых мультисенсорных тактильных устройств требует глубокого понимания того, как человек воспринимает прикосновения, и исследовательская группа выявила несколько ключевых проблем в этой области. Одним из наиболее значительных препятствий является вариативность механики контакта с кожей, поскольку различия в эластичности кожи, распределении рецепторов и внешних факторах, таких как влажность, могут влиять на восприятие тактильных стимулов. Другой проблемой является тактильная маскировка, когда несколько тактильных ощущений, таких как вибрация и растяжение кожи, могут мешать друг другу, снижая чёткость восприятия.

«Кожа каждого человека по-разному реагирует на раздражители из-за различий в эластичности, влажности и даже наличии волос на теле, — сказал Престон, доцент кафедры машиностроения. — Из-за этих различий невероятно сложно разработать универсальные устройства».

Кроме того, удобство ношения и комфорт по-прежнему являются основными критериями для каждого продукта. Гаптические устройства должны быть сконструированы таким образом, чтобы их можно было носить в разных местах тела, не испытывая дискомфорта, не ограничивая движения и не мешая повседневной деятельности. Такие факторы, как вес, размер и способы крепления, играют решающую роль в обеспечении длительного использования.

«Настоящее погружение в тактильную технологию зависит не только от того, что чувствуют пользователи, но и от того, насколько естественно и комфортно они это воспринимают», — сказал Престон.

Помимо выявления проблем, авторы определили несколько новых методов управления, которые могут изменить представление о носимых тактильных технологиях.

Электромеханическое приведение в действие, обычно используемое в системах виброобратной связи, остаётся наиболее распространённым методом благодаря своей надёжности и доступности. Однако он часто не позволяет обеспечить широкий спектр тактильных сигналов. Полимерное приведение в действие, основанное на «умных» полимерах, которые меняют форму или текстуру под воздействием раздражителей, представляет собой лёгкую и гибкую альтернативу для обеспечения тактильной обратной связи.

Гидравлическое приведение в действие, при котором для создания динамических тактильных ощущений используется сжатый воздух или жидкость, набирает популярность в мягкой робототехнике и тактильных носимых устройствах на основе текстиля, открывая новые возможности для комфорта и адаптации. Кроме того, тепловое приведение в действие становится способом усилить погружение в виртуальную среду или имитировать взаимодействие в реальном мире с помощью ощущений тепла или холода.

«Мы ожидаем, что эти технологии значительно расширят возможности тактильной обратной связи, особенно в таких областях, как медицинская реабилитация, разработка протезов и взаимодействие человека с машиной, — сказал О’Мэлли. — Несмотря на многообещающие результаты, необходима дальнейшая доработка для улучшения времени отклика, долговечности и энергоэффективности».

В обзоре также рассказывается о том, как носимые тактильные устройства открывают новые возможности для взаимодействия человека с цифровой и физической средой. В виртуальной и дополненной реальности мультисенсорная тактильная технология усиливает погружение, позволяя пользователям ощущать цифровые объекты, улучшая впечатления от игр, симуляций тренировок и обучения. В здравоохранении и реабилитации носимые тактильные устройства помогают в тренировке двигательных навыков, реабилитации после инсульта и обратной связи с протезами, позволяя пациентам более эффективно взаимодействовать с окружающей средой.

Вспомогательные технологии и коммуникационные приложения используют тактильные интерфейсы, чтобы помочь людям с нарушениями зрения или слуха, преобразуя слуховую или визуальную информацию в тактильные сигналы. Навигационные и ориентирующие системы используют тактильные носимые устройства, предоставляя интуитивно понятные указания направления, помогая людям с нарушениями зрения и улучшая навигацию без использования рук в таких областях, как военное дело и авиация.

Кроме того, телеоперация и робототехника значительно выиграют от того, что роботизированные системы с дистанционным управлением и тактильной обратной связью позволят пользователям «ощупывать» объекты на расстоянии, повышая точность при выполнении сложных задач, таких как роботизированная хирургия.

Несмотря на значительный прогресс, авторы подчеркнули необходимость дальнейшего изучения мультисенсорного тактильного восприятия. Понимание того, как мозг обрабатывает одновременные тактильные сигналы, будет иметь решающее значение для усовершенствования будущих устройств, а для повсеместного внедрения потребуется баланс между технологическим совершенством, комфортом пользователей и практичностью.

«Конечная цель — создать тактильные устройства, которые будут ощущаться так же естественно, как реальные прикосновения», — сказал О’Мэлли.

Источник: Tech Xplore