Un dispositivo parecido a una venda aporta textura a las pantallas táctiles

Los ingenieros de la Universidad Northwestern han desarrollado el primer dispositivo háptico que logra «resolución humana», lo que significa que coincide con precisión con las capacidades de detección de la punta del dedo humano.

Llamado VoxeLite, el nuevo dispositivo portátil ultradelgado, liviano, flexible recrea sensaciones táctiles con la misma claridad, detalle y velocidad que la piel detecta naturalmente. Crédito de la imagen: Universidad Northwestern.

Llamado VoxeLite, el dispositivo portátil ultradelgado, liviano, flexible recrea sensaciones táctiles con la misma claridad, detalle y velocidad que la piel detecta naturalmente. De manera similar a una venda, el dispositivo se envuelve suavemente alrededor de la yema del dedo para darle al toque digital el mismo realismo que la gente espera de las pantallas y parlantes actuales.

Al combinar una alta resolución espacial con un factor de forma cómodo y portátil, VoxeLite podría transformar la forma en que las personas interactúan con los entornos digitales, incluidos sistemas de realidad virtual más inmersivos, tecnologías de asistencia para personas con discapacidad visual, interfaces entre humanos y robots y pantallas táctiles mejoradas.

El estudio fue publicado en la revista Science Advances.

«El tacto es el último sentido importante sin una verdadera interfaz digital», afirmó Northwestern. Silvia Tanquien dirigió el estudio. «Tenemos tecnologías que hacen que las cosas parezcan y suenen reales. Ahora queremos hacer que las texturas y las sensaciones táctiles se sientan reales. Nuestro dispositivo está moviendo el campo hacia ese objetivo. También lo diseñamos para que sea cómodo, para que la gente pueda usarlo durante largos períodos de tiempo sin necesidad de quitárselo para realizar otras tareas. Es como cuando la gente usa anteojos todo el día y ni siquiera piensa en ellos».

«Este trabajo representa un gran avance científico en el campo de la háptica al introducir, por primera vez, una tecnología que logra la ‘resolución humana'», dijo Northwestern. J.Edward Colgatepionero de la háptica y autor principal del estudio. «Tiene la capacidad de presentar información háptica a la piel con la resolución espacial y temporal del sistema sensorial».

Colgate es profesor Walter P. Murphy de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Northwestern. Escuela de Ingeniería McCormick y director del Centro de Investigación de Ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencias en Aumento humano a través de la destreza (MANO). Colgate y coautor principal Michael Peskinprofesor senior de diseño Allen K. y Johnnie Cordell Breed y profesor de ingeniería mecánica en McCormick, son colaboradores desde hace mucho tiempo y pioneros en el campo de la tecnología háptica. Tan es un doctorado. estudiante en Northwestern Centro de Robótica y Biosistemasdonde es asesorada por Colgate y Peshkin.

Problemas no resueltos en háptica

A pesar de décadas de progreso en video de alta definición y audio realista, el tacto digital se ha quedado obstinadamente rezagado. La retroalimentación háptica actual (en su mayoría simples vibraciones de teléfonos inteligentes) no puede transmitir la información rica y detallada que las yemas de los dedos perciben de forma natural. Esto se debe en parte a que la resolución espacial y temporal de la piel es notoriamente difícil de simular.

«Piense en películas muy antiguas en las que el número de fotogramas por segundo era muy bajo, por lo que los movimientos parecían entrecortados. Eso se debe a la baja resolución temporal», dijo Colgate. «O piense en las primeras pantallas de computadora donde las imágenes estaban pixeladas. Eso es una baja resolución espacial. Hoy en día, ambos problemas se resuelven para las pantallas gráficas. Sin embargo, para las pantallas táctiles, están lejos de resolverse. De hecho, muy pocos investigadores han intentado abordar ambos juntos».

Píxeles individuales de tacto

Con VoxeLite, Tan, Colgate y Peshkin acercan mucho más el campo a la solución de estos problemas. El dispositivo presenta una serie de pequeños nodos controlados individualmente incrustados en una lámina de látex estirable, delgada como un papel. Estos nodos blandos funcionan como píxeles del tacto, cada uno de ellos capaz de presionar la piel a altas velocidades y en patrones precisos.

Cada nodo consta de una cúpula de goma blanda, una capa exterior conductora y un electrodo interior oculto. Cuando se aplica un ligero voltaje, se genera electroadhesión, el mismo principio que hace que un globo se adhiera a una pared después de frotarlo. En su previamente desarrollado Tecnología TanvasTouchColgate y Peshkin aprovecharon la electroadhesión para modular la fricción entre la yema del dedo y una superficie suave de la pantalla táctil. En esos dispositivos, un campo eléctrico aplicado altera la fricción para crear la ilusión de textura, pero no involucra ninguna parte móvil.

VoxeLite hace avanzar este concepto. La nueva tecnología aplica fuerzas electrostáticas de forma precisa y controlada para hacer que cada pequeño nodo «agarre» una superficie y se incline para presionar la piel. Esto genera una fuerza mecánica altamente localizada, por lo que cada «píxel» del tacto empuja la piel de la punta del dedo. Los voltajes más altos aumentan la fricción durante el movimiento, produciendo señales táctiles más pronunciadas para simular la sensación de una superficie rugosa. Por otro lado, voltajes más bajos crean menos fricción y, por tanto, la sensación de una superficie más resbaladiza.

«Cuando se pasa por una superficie conectada a tierra, el dispositivo controla la fricción en cada nodo, lo que provoca una hendidura controlable en la piel», dijo Colgate. «Los intentos anteriores de generar efectos hápticos han sido dispositivos grandes, difíciles de manejar y complejos. VoxeLite pesa menos de un gramo».

Alcanzando la resolución humana

Para crear las sensaciones de resolución humana, Tan juntó los nodos. En la versión más densa del dispositivo, los nodos están espaciados aproximadamente 1 milímetro. En las pruebas con usuarios, Tan utilizó una versión con 1,6 milímetros de espacio entre los nodos.

«La densidad de los nodos realmente importa para igualar la agudeza humana», dijo Tan. «Los nodos deben estar lo suficientemente separados para que el cuerpo pueda distinguirlos. Si dos nodos están separados por menos de un milímetro, las yemas de los dedos sólo detectan un nodo en lugar de dos. Pero si los nodos están demasiado separados, no pueden recrear detalles finos. Para crear sensaciones que parezcan reales, queríamos igualar esa agudeza humana».

VoxeLite funciona en dos modos: activo y pasivo. En modo activo, el dispositivo genera sensaciones táctiles virtuales al inclinar y marcar rápidamente nodos individuales mientras el usuario se mueve sobre una superficie lisa, como la pantalla de un teléfono inteligente o una tableta. Los nodos pueden moverse hasta 800 veces por segundo, cubriendo casi todo el rango de frecuencia de los receptores del tacto humano.

Reconociendo texturas virtuales

En una serie de experimentos, los participantes del estudio que llevaban el dispositivo reconocieron de forma precisa y fiable texturas, patrones y señales direccionales virtuales. Las personas que usaban VoxeLite identificaron esos patrones de direcciones (arriba, abajo, izquierda y derecha) con hasta un 87% de precisión. También identificaron tejidos reales, como cuero, pana y felpa, con un 81% de precisión.

En modo pasivo, el dispositivo esencialmente desaparece. Debido a que es extremadamente delgado, suave y se adapta a la piel, VoxeLite no interfiere con las tareas del mundo real ni bloquea el sentido natural del tacto. Luego, los usuarios pueden pasar sin problemas entre experiencias reales y digitales.

Para futuras versiones del dispositivo, el equipo de Northwestern imagina una tecnología que pueda combinarse con teléfonos inteligentes y tabletas. Así como los auriculares usan Bluetooth para interactuar con nuestros dispositivos, VoxeLite algún día podría sincronizarse con dispositivos para transformar pantallas planas y suaves en interfaces texturizadas. Potencialmente, esto podría conducir a experiencias de compra en línea más realistas, donde los compradores puedan sentir los textiles y las telas antes de realizar una compra. También podría conducir a mapas táctiles para personas con discapacidad visual o juegos más interactivos, donde los jugadores puedan sentir el estiramiento de una banda elástica o las rocas llenas de baches en un acantilado.

«Lo que hace que esto sea más emocionante es combinar la resolución espacial y temporal con la portabilidad», dijo Tan. «La gente tiende a centrarse en uno de estos tres aspectos porque cada uno de ellos es un desafío muy difícil. Nuestro laboratorio ya resolvió la resolución temporal con electroadhesión. Entonces, mi desafío fue hacerlo distribuido espacialmente y portátil. Nos tomó un tiempo llegar hasta aquí. Ahora, estamos realizando estudios para comprender cómo los humanos realmente reciben y perciben esta información táctil».

Fuente: norteuniversidad orthwestern

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