پوشیدنی نوآورانه، لامسه واقعی را وارد دنیای مجازی کرد!

مهندسان دانشگاه نورث‌وسترن موفق به توسعه فناوری جدیدی شده‌اند که می‌تواند حرکات دقیق و کنترل‌شده‌ای را برای بازسازی حس‌های پیچیده لمسی انسان ایجاد کند؛ حرکاتی فراتر از ارتعاشات ساده که در اغلب دستگاه‌های هپتیک (حسی-لمسی) امروزی مشاهده می‌شود.

مطالعه مربوط به این فناوری به‌تازگی در مجله معتبر Science منتشر شده است.

به گزارش ساینس دیلی، این دستگاه جدید، که بسیار جمع‌وجور، سبک و بی‌سیم است، مستقیماً روی پوست قرار می‌گیرد و با اعمال نیرو در هر جهت، طیف وسیعی از احساسات لمسی مانند ارتعاش، فشار، کشش، لغزش و پیچش را تولید می‌کند. همچنین قابلیت ترکیب این احساسات با یکدیگر و تنظیم سرعت آنها را دارد تا تجربه‌ای طبیعی‌تر و پیچیده‌تر از حس لمس را بازسازی کند.

این ابزار با یک باتری قابل شارژ کوچک تغذیه می‌شود و از طریق بلوتوث به هدست‌های واقعیت مجازی و گوشی‌های هوشمند متصل می‌شود. طراحی قابل‌حمل و بهره‌ور آن به کاربر اجازه می‌دهد تا آن را روی نقاط مختلف بدن قرار دهد یا با سایر فعال‌ساز‌ها (actuators) به‌صورت آرایه‌ای ترکیب کند و حتی در دستگاه‌های پوشیدنی موجود ادغام کند.

کاربرد‌های گسترده و آینده‌نگرانه

پژوهشگران این دستگاه را دارای پتانسیل‌هایی در زمینه‌هایی، چون ارتقای تجربه واقعیت مجازی، کمک به افراد دارای اختلال بینایی برای مسیریابی بهتر، شبیه‌سازی بافت اجسام برای خرید آنلاین، ارائه بازخورد لمسی در ویزیت‌های پزشکی از راه دور، و حتی ایجاد امکان «لمس موسیقی» برای افراد دارای اختلال شنوایی می‌دانند.

مهندسی نوآورانه برای بازآفرینی لمس پیچیده

جان راجرز، مدیر طراحی این دستگاه و استاد برجسته علوم مواد، مهندسی زیست‌پزشکی و جراحی مغز و اعصاب در دانشگاه نورث‌وسترن، می‌گوید: «تقریباً تمام فعال‌ساز‌های هپتیک امروزی فقط پوست را می‌زنند یا می‌لرزانند، اما پوست انسان می‌تواند طیف بسیار پیچیده‌تری از حس‌ها را درک کند. ما می‌خواستیم دستگاهی بسازیم که بتواند در هر جهتی نیرو وارد کند — نه فقط ضربه زدن بلکه هل دادن، پیچاندن و لغزاندن. این دستگاه می‌تواند حس لمس را به‌شکلی کاملاً قابل برنامه‌ریزی و دقیق بازآفرینی کند.»

راجرز که ریاست مؤسسه Bioelectronics دانشگاه نورث‌وسترن را نیز بر عهده دارد، این پروژه را با همکاری یانگ‌گانگ هوانگ، استاد مهندسی مکانیک و مهندسی عمران دانشگاه نورث‌وسترن، رهبری کرده است. همچنین کیونگ-هو ها، جائه‌یانگ یو، و شوپنگ لی از نویسندگان اصلی مقاله هستند.

چالش بازتولید حس لمس

فناوری‌های بینایی و شنوایی در سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته‌اند؛ اما فناوری‌های هپتیک هنوز در مرحله‌ای ابتدایی باقی مانده‌اند. علت این موضوع پیچیدگی فوق‌العاده سیستم حسی پوست انسان است. پوست دارای گیرنده‌های مکانیکی گوناگونی است که هر یک به فشار، کشش یا ارتعاش به‌گونه‌ای متفاوت پاسخ می‌دهند. شبیه‌سازی این پاسخ‌های پیچیده نیازمند کنترل بسیار دقیق نوع، شدت و زمان تحریک پوست است؛ موضوعی که فناوری‌های کنونی در دستیابی به آن ناکام مانده‌اند.

جی. ادوارد کولگیت، از پیشگامان حوزه هپتیک و یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید: «بخشی از عقب‌ماندگی فناوری‌های لمسی نسبت به تصویر و صدا به دلیل پیچیدگی زیاد رفتار پوست است. پوست می‌تواند به داخل فشار داده شود یا از پهلو کشیده شود. این کشش ممکن است آهسته یا سریع باشد و در الگو‌های پیچیده‌ای در سطح پوست، مثل کف دست، رخ دهد.»

طراحی فعال‌سازی با آزادی کامل حرکت (Full Freedom of Motion)

برای شبیه‌سازی این پیچیدگی، تیم تحقیقاتی نورث‌وسترن نخستین فعال‌سازی با آزادی کامل حرکت (FOM) را توسعه داده‌اند. این به آن معناست که فعال‌ساز محدود به یک نوع حرکت خاص نیست، بلکه می‌تواند در تمام جهات روی پوست حرکت کند و نیرو وارد آورد. این قابلیت باعث درگیری هم‌زمان یا جداگانه انواع گیرنده‌های حسی پوست می‌شود.

کولگیت تأکید می‌کند: «این یک گام مهم برای مدیریت پیچیدگی حس لمس است. این فعال‌ساز کوچک و فشرده می‌تواند پوست را فشار دهد یا بکشد، سریع یا آهسته عمل کند و در آرایه‌هایی استفاده شود. در نتیجه، طیف گسترده‌ای از احساسات لمسی را بازتولید می‌کند.»

ساختار فنی و توانمندی فشرده

این دستگاه که تنها چند میلی‌متر اندازه دارد، از یک آهنربا و سیم‌پیچ‌هایی در آرایشی تو در تو تشکیل شده است. با عبور جریان الکتریکی از سیم‌پیچ‌ها، میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که با آهنربا واکنش داده و نیروی لازم برای حرکت، فشار، کشش یا چرخاندن آن را فراهم می‌کند. با ترکیب این فعال‌ساز‌ها در آرایه‌هایی، می‌توانحس‌هایی نظیر نیشگون گرفتن، کشش، فشردگی و ضربه را شبیه‌سازی کرد.

یانگ‌گانگ هوانگ که کار‌های نظری این پروژه را هدایت کرده می‌گوید: «رسیدن به طراحی فشرده و درعین‌حال با خروجی نیروی قوی بسیار مهم بود. تیم ما مدل‌سازی‌های محاسباتی و تحلیلی انجام داد تا طراحی‌هایی بهینه ایجاد کند و در هر حالت، بیشینه نیروی مؤثر را تولید و نیرو‌ها یا گشتاور‌های ناخواسته را به حداقل برساند.»

بازسازی لمس در جهان مجازی

در طرف دیگر این دستگاه، شتاب‌سنجی نصب شده که امکان شناسایی موقعیت آن در فضا را فراهم می‌کند. این قابلیت باعث می‌شود دستگاه بتواند بر اساس موقعیت بدن، بازخورد لمسی متناسب ارائه دهد. برای مثال، اگر روی دست کاربر نصب شده باشد، شتاب‌سنج می‌تواند تشخیص دهد که دست رو به بالا یا پایین است. همچنین شتاب‌سنج می‌تواند حرکت، سرعت و چرخش دستگاه را ردیابی کند.

راجرز می‌گوید: «این قابلیت به‌ویژه هنگام حرکت در فضا یا لمس بافت‌های مختلف روی صفحه‌نمایش‌های تخت مفید است. مثلاً وقتی انگشتتان را روی ابریشم می‌کشید، اصطکاک کمتری دارد و سریع‌تر حرکت می‌کند نسبت به پارچه‌هایی مثل مخمل کبریتی یا گونی. تصور کنید بخواهید هنگام خرید آنلاین لباس یا پارچه، بافت آن را لمس کنید.»

ترکیب موسیقی و لمس

این سیستم حتی می‌تواند اطلاعات را از طریق پوست منتقل کند. به‌عنوان مثال، پژوهشگران توانستند با تغییر فرکانس، شدت و ریتم بازخورد لمسی، صدای موسیقی را به لمس فیزیکی تبدیل کنند. همچنین توانستند تنها با تغییر جهت ارتعاشات، نُت‌های مختلف را بازسازی کنند. این ارتعاشات به کاربران اجازه داد تا بین ساز‌های مختلف تمایز قائل شوند.

راجرز می‌افزاید: «ما توانستیم تمام ویژگی‌های موسیقی را تجزیه کرده و آنها را به احساسات لمسی تبدیل کنیم بدون آنکه ظرافت‌های اطلاعاتی مربوط به ساز‌ها از بین برود. این فقط یک نمونه است از اینکه چگونه حس لمس می‌تواند مکمل تجربه‌های حسی دیگر باشد. سیستم ما می‌تواند به پر کردن شکاف میان دنیای دیجیتال و فیزیکی کمک کند و تعاملات دیجیتال را طبیعی‌تر و جذاب‌تر سازد.»

انتهای پیام/