Инновационный материал для мягких датчиков может принести новые тактильные технологии

Новый тип мягкого и растяжимого датчика может найти применение в приложениях, начиная от легкой атлетики и мониторинга здоровья до протезирования и виртуальной реальности.
Инновационный материал для мягких датчиков
Технология, называемая iSoft, способна воспринимать в реальном времени или без задержки и может выполнять «мультимодальное» зондирование или ощущать различные стимулы, такие как непрерывный контакт и растяжение во всех направлениях.
«Новая часть iSoft заключается в том, что она не нуждается в проводке или электронике в материале», — сказал Картик Рамани, профессор Университета Пердью Дональд В. Федерсен, профессор машиностроения и директор лаборатории дизайна C. «Платформа обеспечивает возможность создания и настройки мягких датчиков. Даже если у вас нет профессиональных знаний об электронике, вы можете модифицировать любой объект с ним, включая объекты со сложными формами».
Такие гибкие и пригодные для носки датчики разрабатываются для измерения и отслеживания движения тела, задача, усложняемая многочисленными потенциальными изгибами человеческой анатомии. Для того, чтобы износостойкий датчик работал правильно, он должен быть способен соответствующим образом деформироваться.
В отличие от некоторых мягких датчиков, разработанных ранее, iSoft может работать с непрерывным контактом, а также может быть легко модифицирован для пользовательских целей после изготовления.
«Под непрерывным мы подразумеваем движение на поверхности, а также постоянное нажатие, такое как рисование с помощью пера, чего трудно достичь», — сказал Рамани.
Датчик использует «пьезорезистивный эластомер», который при касании изменяет электрическое сопротивление, которое обеспечивает данные измерения.
«Мы предлагаем недорогой и простой способ изготовления таких мягких датчиков на основе пьезорезистивного эластомера для мгновенного взаимодействия», — сказал он.
Новейшие технологии, такие как «умная» одежда, являются развивающимся рынком, о чем свидетельствуют недавние джинсы Levi и куртка, которая соединяется с другими устройствами и Интернетом.
В этой технологии реализована электрическая импедансная томография — или EIT — метод оценки изменений сопротивления на датчике, вызванный контактом finggertip. Система также использует алгоритм, разработанный командой, называемый динамическим базовым обновлением для EIT, который компенсирует «упругость отскока», которая обычно вызывает задержку сигнала, в то время как эластомер возвращается к своей первоначальной форме. Эти базовые обновления запускаются с помощью контактов и обнаружения движения.
«Кроме того, мы поддерживаем однонаправленное растягивающее зондирование с использованием основанного на модели подхода, который работает отдельно при непрерывном контакте», — сказал Рамани. «Мы также предоставляем программный инструментарий для пользователей по разработке и развертыванию персонализированных интерфейсов с индивидуальным дизайном. Этот инструментарий для настройки позволяет пользователям мгновенно выполнять взаимодействие после развертывания без каких-либо дополнительных процессов обучения».
Команда проверила эффективность контакта и растяжения с помощью серии экспериментов и оценок.
Датчик представляет собой тонкий резиновый лист с электродами по периметру. Он использует материал, называемый углеродистым силиконовым каучуком, нетоксичным пьезорезистивным материалом, который широко изучается в исследованиях для различных типов недорогих датчиков.
«Однако ограничения во взаимодействиях в основном объясняются упругой эластичностью материала, что вызывает медленное восстановление чувствительных сигналов после деформаций материала», — сказал Рамани.
Процесс динамического базового обновления решает проблему, в то время как метод электроимпедансной томографии позволяет изготавливать датчики «однокомпонентным образом» или использовать электроды только на периферии материала, исключая необходимость в инвазивных проводах и датчиках внутри материала.
«Мы подтвердили точность системы и оценили производительность пользователя. Более, наша работа принесет пользу специалистам по взаимодействию с человеческим компьютером и начинающим производителям, которые хотят создавать свои собственные функциональные мягкие датчики без глубоких знаний в области обработки материалов или дорогостоящего оборудования для изготовления», — сказал Рамани , «Можно разрабатывать многие будущие приложения в для одежды, а также делать объекты интерактивными, или его можно использовать с существующими потребительскими товарами в качестве кожи».


Еще интересно почитать: