Forskare från EPFL och ETH Zürich har utvecklat en ultralätt handske – som väger mindre än 8 gram per finger – som gör det möjligt för användare att känna och manipulera virtuella objekt. Deras system ger extremt realistisk haptisk feedback och kan köras på ett batteri, ger oöverträffad rörelsefrihet.
Ingenjörer och mjukvaruutvecklare runt om i världen försöker skapa teknik som låter användare röra, greppa och manipulera virtuella objekt, samtidigt som de känner att de faktiskt rör vid något i den verkliga världen.
Forskare vid EPFL och ETH Zürich har precis tagit ett stort steg mot detta mål med sin nya haptiska handske, som inte bara är lätt – under 8 gram per finger – utan också ger feedback som är extremt realistisk. Handsken kan generera upp till 40 Newtons hållkraft på varje finger med bara 200 volt och bara några milliwatt effekt. Den har också potential att köras på ett mycket litet batteri. Den där, tillsammans med handskens låga formfaktor (endast 2 mm tjock), översätts till en oöverträffad nivå av precision och rörelsefrihet.
"Vi ville utveckla en lätt enhet som – till skillnad från befintliga virtuella verklighetshandskar – inte kräver ett skrymmande exoskelett, pumpar eller mycket tjocka kablar, " säger Herbert Shea, chef för EPFL:s Soft Transducers Laboratory (LMTS).
Forskarnas handske, kallas DextrES, har framgångsrikt testats på volontärer i Zürich och kommer att presenteras vid det kommande ACM-symposiet om användargränssnittsprogramvara och -teknik (UIST).
Tyg, metallband och el
DextrES är tillverkad av nylon med tunna elastiska metallremsor som löper över fingrarna. Remsorna är åtskilda av en tunn isolator. När användarens fingrar kommer i kontakt med ett virtuellt objekt, styrenheten applicerar en spänningsskillnad mellan metallremsorna som gör att de klibbar ihop via elektrostatisk attraktion – detta producerar en bromskraft som blockerar fingrets eller tummens rörelse. När spänningen är borttagen, metallremsorna glider smidigt och användaren kan återigen röra fingrarna fritt.
Lurar din hjärna
För närvarande drivs handsken av en mycket tunn elektrisk kabel, men tack vare den låga spänningen och kraften som krävs, ett mycket litet batteri skulle så småningom kunna användas istället. "Systemets låga effektbehov beror på att det inte skapar en rörelse, men blockerar en", förklarar Shea. Forskarna måste också genomföra tester för att se hur noggrant de måste simulera verkliga förhållanden för att ge användarna en realistisk upplevelse. "Människans sensoriska system är högt utvecklat och mycket komplext. Vi har många olika typer av receptorer med mycket hög täthet i lederna på våra fingrar och inbäddade i huden. Som ett resultat av detta, Att ge realistisk feedback när man interagerar med virtuella objekt är ett mycket krävande problem och är för närvarande olöst. Vårt arbete går ett steg i denna riktning, fokuserar särskilt på kinestetisk feedback, säger Otmar Hilliges, chef för Advanced Interactive Technologies Lab vid ETH Zürich.
I detta gemensamma forskningsprojekt, hårdvaran utvecklades av EPFL på dess Microcity-campus i Neuchâtel, och virtual reality-systemet skapades av ETH Zürich, som också genomförde användartesterna.
"Vårt partnerskap med EPFL-labbet är en mycket bra match. Det gör att vi kan ta oss an några av de långvariga utmaningarna i virtuell verklighet i en takt och på ett djup som annars inte skulle vara möjligt, ", tillägger Hilliges.
Nästa steg blir att skala upp enheten och applicera den på andra delar av kroppen med hjälp av ledande tyg. "Spelare är för närvarande den största marknaden, men det finns många andra potentiella tillämpningar – särskilt inom sjukvården, till exempel för att utbilda kirurger. Tekniken skulle också kunna tillämpas i förstärkt verklighet, säger Shea.
