O noua formula pentru a recrea diferite senzatii soft pentru interfetele haptice

Ce factori afectează felul în care atingerea umană percepe soft, precum senzația de a-ți apăsa vârful degetului pe o bezea, o bucată de lut sau o minge de cauciuc? Cercetând în detaliu această întrebare, o echipă de ingineri și psihologi de la Universitatea din California San Diego a descoperit trucuri inteligente pentru a proiecta materiale care să reproducă diferite niveluri de soft percepute.

Rezultatele oferă idei fundamentale în proiectarea materialelor tactile și a interfețelor haptice care pot recrea senzații de atingere realiste, pentru aplicații precum piele electronică, proteze și robotică medicală. Cercetătorii detaliază concluziile lor în numărul din 30 august al revistei Science Advances.

UC San Diego researchers specially engineered a set of materials to mimic different levels of perceived softness.
CREDIT
David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

“Oferim o formulă pentru a recrea un spectru de soft. În acest sens, contribuim la închiderea decalajului în a înțelege ce este nevoie pentru a recrea unele aspecte ale atingerii”, a declarat Charles Dhong, care a condus studiul în calitate de coleg postdoctoral la UC San Diego și este acum profesor asistent în inginerie biomedicală la Universitatea din Delaware. Dhong a lucrat cu Darren Lipomi, profesor de nanoinginerie la UC San Diego și co-autorul studiului.

“Ce este interesant în acest sens este că am găsit două noi modalități de a regla modul soft perceput a unui obiect – micropaternarea și schimbarea grosimii”, a spus Dhong. “Modulul Young este ceea ce oamenii de știință apelează de obicei în ceea ce privește ceea ce este moale sau greu. Este un factor, dar acum arătăm că este doar o parte a ecuației.”

Dhong, Lipomi și colegii au fost curioși cum adâncimea de indentare și zona de contact afectează în mod independent percepția soft. Pentru a răspunde la această întrebare, au conceput special materiale care au decuplat cei doi parametri și apoi le-au testat pe subiecți umani.

Cercetătorii au creat nouă plăci elastomerice diferite, fiecare având propriul raport unic de adâncime de indentare și zona de contact. Plăcile diferă în cantitate de micropatterning pe suprafață, grosime și modulul lui Young.

Micropatterning-ul este cheia proiectării. Este format din tablouri de stâlpi microscopici ridicați si punctați pe suprafața plăcilor. Acești stâlpi minusculi permit o apăsare a degetului să apese mai adânc fără a schimba zona de contact. Acest lucru este similar cu apăsarea pe pinii metalici ai unei jucării cu ecran Pins, unde tablele de pini alunecă înăuntru și în afară pentru a da o impresie 3D.

„Prin crearea acestor structuri micropatternate de suprafață, producem regiuni discontinue de contact în care presarea degetului sunt mult mai mici decât umbra pe care ar arunca-o pe suprafață”, a afirmat Lipomi.

Echipa a testat plăcile pe 15 subiecți și i-a instruit să îndeplinească două sarcini. În prima sarcină, aceștia au prezentat subiecților mai multe perechi de plăci și le-au cerut să o identifice pe cea mai soft din fiecare pereche. În cea de-a doua sarcină, cercetătorii au avut subiecți pentru clasarea celor nouă plăci de la cele mai soft la cele mai dure.

În general, plăcile pe care subiecții le-au perceput ca fiind mai soft erau mai groase, nu aveau micropatterning la suprafață și nu aveau un modul Young scăzut. Între timp, plăcile care se simțeau mai greu erau mai subțiri, aveau mai mult micropattern și un modul ridicat al lui Young.

Soft: un ingredient de bază al atingerii.

Experimentele au condus cercetătorii la o concluzie interesantă: percepția de soft este o senzație de bază, nu o combinație de alte senzații.

“Acest lucru înseamnă că soft este un ingredient primar al simțului tactil al omului. Este ca și cum avem RGB pentru afișele color”, a spus Lipomi. „Dacă putem găsi celelalte „ pixeli de atingere ”, le putem combina pentru a face orice imagine tactilă dorim? Acestea sunt lucrurile fundamentale pe care am dori să le cunoaștem pe viitor.

Titlul lucrării: “Rolul adâncimii indentării și zona de contact privind percepția umană de soft pentru interfețele haptice.” Coautorii includ Rachel Miller, Nicholas Root, Sumit Gupta, Laure V. Kayser, Cody W. Carpenter, Kenneth J. Loh și Vilayanur S. Ramachandran, toti de la UC San Diego.

Această lucrare a fost susținută de National Institutes of Health Director’s New Innovator Award (grant 1DP2EB022358) and the Office of Naval Research (grant N00014-18-1-2483).

Sursa: UC San Diego