Haptische mouw simuleert aanraking

Draagbare haptische apparaten, die terugkoppeling op basis van aanraking bieden, kunnen realistischere ervaringen in virtual reality bieden.

Haptische apparaten kunnen helpen bij revalidatie en nieuwe mogelijkheden creëren voor stille communicatie. Momenteel vertrouwen de meeste van deze apparaten op trillingen, omdat gebruikers voor op druk gebaseerde haptiek doorgaans stijve exoskeletten of andere omvangrijke structuren moesten dragen.

Onderzoekers van Stanford University hebben een comfortabele, flexibele gebreide mouw ontworpen, genaamd Haptiknit, die realistische drukgebaseerde haptische feedback kan bieden. Hun ontwerp laat zien dat druk voor sommige toepassingen effectiever kan zijn dan trillingen. Volgens de onderzoekers is het de eerste stap naar een nieuwe categorie haptische apparaten. Een apparaat als Haptiknit opent nieuwe mogelijkheden voor gebruikersinterfaces. Het laat zien hoe gebruikers virtuele omgevingen en communicatie op afstand ervaren. Het is lichter, gemakkelikjer draagbaar en comfortabeler dan bestaande apparaten.

Gebreide oplossing

De onderzoekers ontwierpen een op batterijen werkend pneumatisch systeem met drukactuatoren, in feite kleine, opblaasbare zakjes die snel met lucht konden worden gevuld. Maar de ontwikkelaars hadden een manier nodig om die zakjes tegen de huid te houden zonder een onhandig exoskelet te gebruiken. Als je lucht in een ballon naast je huid stopt maar hem daar niet vastzet, zal hij in alle richtingen uitzetten. Het grootste deel van het inflatiepotentieel gaat verloren.

De onderzoekers realiseerden zich dat gebreide stof de oplossing zou kunnen zijn. Ze ontwierpen een zacht textiel dat op sommige plekken stijf is – waardoor een onbuigzame achterkant ontstaat om de drukactuatoren tegen de huid te houden – en flexibel waar nodig om beweging en comfort mogelijk te maken.

Hard en zacht

De onderzoekers werkten samen met het Soft Assembly Lab van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge om het prototype van de Haptiknit-hoes te produceren op een breimachine. Dit bood ruimte voor acht actuatoren die in twee rijen waren gerangschikt. Het grootste deel van de hoes was gebreid van nylon en katoen, maar de gebieden die elke actuator ondersteunden, bevatten ook een thermoplastische vezel. Nadat het breien was voltooid, gebruikten de onderzoekers hitte om de thermoplastische vezels te smelten en ze te laten uitharden, waardoor die gebieden stijver werden.

Een uitdaging op het gebied van zachte robotica is hoe iets hards en iets zachts aan elkaar te plakken. Ze hebben de neiging om te delamineren. Door vezels in breiwerk te verwerken, ontstaat een naadloze overgang van harde delen naar zachte delen, omdat het één doorlopende stof is.

Testen

De onderzoekers testten het Haptiknit-prototype met 32 ​​gebruikers. Ze ontdekten dat mensen de locatie van individuele aanrakingen nauwkeuriger konden onderscheiden van de drukactuatoren dan van een vergelijkbaar opgesteld trillingsapparaat.

De onderzoekers probeerden ook de actuatoren achtereenvolgens op te blazen met verschillende snelheden om te proberen het gevoel van een aangename slag te creëren. Dit in tegenstelling tot afzonderlijke aanrakingen (of het potentieel onaangename gevoel van een spin die over je arm kruipt). Over het algemeen vonden deelnemers dat snellere, meer overlappende inkepingen het gevoel van een continue slag nabootsten - het tegenovergestelde van wat de onderzoekers hadden gevonden voor trillingen.

De derde test was om te zien of deelnemers zes emoties konden herkennen – aandacht, dankbaarheid, geluk, kalmerend, liefde en verdriet – die werden overgebracht door de druksignalen. De onderzoekers gebruikten aanraakpatronen die in eerdere studies waren vastgesteld. Ze ontdekten dat deelnemers over het algemeen vaker dan waarschijnlijk correct gokten, hoewel de gebaren voor 'kalmerend' en 'liefde' gemakkelijk werden verward.

Comfortabeler

Over het algemeen vonden de deelnemers de Haptiknit-sensaties even prettig of zelfs prettiger dan die veroorzaakt door trillingen. Ze beschreven de prototype-sleeve ook als comfortabel en gemakkelijk te gebruiken, wat veelbelovend is voor langduriger gebruik. Het was vooral interessant dat er een correlatie was tussen of iemand eerder een haptisch apparaat had geprobeerd en hoe hoog ze het comfort van de mouw beoordeelden. In wezen scoorden de nieuwe mouwen hoger als ze andere haptische apparaten hadden geprobeerd.

Met lichtere, comfortabelere haptische apparaten zien de onderzoekers nieuwe mogelijkheden voor het overbrengen van informatie via aanraking. Haptiknit zou kunnen worden gebruikt om te helpen bij navigatie, militaire communicatie en zelfs hondentraining.

Vervolg

De onderzoekers werken nu aan het verfijnen en optimaliseren van hun breipatronen, en aan het creëren van apparaten op grotere schaal – misschien zelfs een volledig pak – voor interacties in virtual reality. Ze hopen hun resultaten ook te integreren in hulpmiddelen die mensen kunnen helpen bij het bewegen of bij revalidatie. De onderzoekers kunnen de mouw gebruiken om te testen hoe mensen dit soort haptische informatie daadwerkelijk interpreteren en erop reageren.

De nieuwe mouw brengt draagbare apparaten in de richting van dingen die mensen daadwerkelijk in hun dagelijks leven willen gebruiken Of dat nu entertainment, communicatie, training of fysieke assistentie is.

De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.

Foto: Susan Williams, MIT Self-Assembly Lab