Самый большой человеческий орган – кожа – вероятно, наиболее функционально универсальная часть тела. Он не только способен различать самые разные стимулы в течение нескольких секунд, но также может классифицировать интенсивность сигналов в широком диапазоне. Исследовательская группа во главе с доктором. Денис Макаров из Института физики ионных пучков и материаловедения HZDR, а также Лаборатории мягкой электроники под руководством проф.
Мартину Кальтенбруннеру из Университета Линца удалось создать электронный аналог с аналогичными характеристиками. По словам ученых, их новый датчик может значительно упростить взаимодействие между людьми и машинами, как объясняет Денис Макаров: «Приложения в виртуальной реальности становятся все более сложными. Поэтому нам нужны устройства, которые могут обрабатывать и различать несколько режимов взаимодействия."
Однако современные системы работают либо только путем регистрации физического прикосновения, либо путем бесконтактного отслеживания объектов.
Оба пути взаимодействия теперь впервые объединены в датчике, который ученые назвали «магнитной микроэлектромеханической системой» (m-MEMS). «Наш датчик обрабатывает электрические сигналы от бесконтактных и тактильных взаимодействий в разных регионах», – говорит первый автор публикации д-р. Цзинь Гэ из HZDR добавляет: «Таким образом, он может различать происхождение стимулов в реальном времени и подавлять мешающие воздействия из других источников.«В основе этой работы лежит необычный дизайн, разработанный учеными.
Гибкость на всех поверхностях
На тонкой полимерной пленке они сначала изготовили магнитный датчик, который основан на так называемом гигантском магнитосопротивлении (GMR).
Эта пленка, в свою очередь, была герметизирована полимерным слоем на основе кремния (полидиметилсилоксан), содержащим круглую полость, предназначенную для точного совмещения с датчиком. Внутри этой пустоты исследователи встроили гибкий постоянный магнит с пирамидальными наконечниками, выступающими из его поверхности. «Результат больше напоминает пищевую пленку с оптическими украшениями», – комментирует Макаров. "Но это как раз одна из сильных сторон нашего датчика."Вот почему он остается таким исключительно гибким: он идеально подходит для всех сред.
Даже в изогнутых условиях он работает без потери функциональности. Таким образом, датчик можно очень легко разместить, например, на кончике пальца.
Именно так ученые проверили свою разработку.
Джин Гэ уточняет: «На листе ромашки мы прикрепили постоянный магнит, магнитное поле которого направлено в противоположном направлении от магнита, прикрепленного к нашей платформе."Когда палец приближается к внешнему магнитному полю, электрическое сопротивление датчика GMR изменяется: оно падает. Это происходит до тех пор, пока палец не коснется листа. В этот момент он резко повышается, потому что встроенный постоянный магнит прижимается ближе к датчику GMR и, таким образом, накладывает внешнее магнитное поле. «Таким образом наша платформа m-MEMS может за секунды зарегистрировать явный переход от бесконтактного к тактильному взаимодействию», – говорит Джин Гэ.
Щелкните вместо щелчка, щелкните, щелкните
Это позволяет датчику выборочно управлять как физическими, так и виртуальными объектами, как показывает один из экспериментов, проведенных командой: на стеклянной пластине, с помощью которой они снабжали постоянным магнитом, физики проецировали виртуальные кнопки, которые управляют реальными условиями, такими как комната. температура или яркость. Используя палец, на который была нанесена «электронная кожа», ученые могли сначала выбрать желаемую виртуальную функцию бесконтактным способом посредством взаимодействия с постоянным магнитом. Как только палец коснулся пластины, платформа m-MEMS автоматически перешла в режим тактильного взаимодействия.
Затем можно использовать легкое или сильное давление, например, чтобы соответственно понизить или повысить температуру в помещении.
Исследователи сократили деятельность, которая раньше требовала нескольких взаимодействий, до одного. «Сначала это может показаться маленьким шагом», – говорит Мартин Кальтенбруннер. "Однако в долгосрочной перспективе на этой основе может быть построен лучший интерфейс между людьми и машинами.«Эту« электронную оболочку »- помимо пространств виртуальной реальности – можно использовать, например, в стерильных средах.
Хирурги могут использовать датчики для работы с медицинским оборудованием, не касаясь его во время процедуры, что снизит опасность заражения.