EPFL-forskare har utvecklat en mjuk konstgjord hud som ger haptisk feedback och-tack vare en sofistikerad självkänslig mekanism-har potential att omedelbart anpassa sig till bärarens rörelser. Ansökningar för den nya tekniken sträcker sig från medicinsk rehabilitering till virtual reality. Konstgjord hud kan hjälpa rehabilitering och förbättra virtuell verklighet.

Precis som våra hörsel- och synkänslor, vår beröringskänsla spelar en viktig roll i hur vi uppfattar och interagerar med omvärlden. Och teknik som kan replikera vårt känselsinne-även känt som haptisk feedback-kan kraftigt förbättra gränssnitt mellan människa-dator och människa-robot för applikationer som medicinsk rehabilitering och virtual reality.

Forskare vid EPFL:s Reconfigurable Robotics Lab (RRL), under ledning av Jamie Paik, och laboratorium för mjuka bioelektroniska gränssnitt (LSBI), under ledning av Stéphanie Lacour vid Tekniska högskolan, har gått ihop för att utveckla en mjuk, flexibel konstgjord hud gjord av silikon och elektroder. Båda laboratorierna är en del av NCCR Robotics -programmet.

Hudens system av mjuka sensorer och ställdon gör det möjligt för den konstgjorda huden att anpassa sig till den exakta formen på en bärares handled, till exempel, och ge haptisk feedback i form av tryck och vibrationer. Töjningssensorer mäter kontinuerligt hudens deformation så att den haptiska återkopplingen kan justeras i realtid för att skapa en känsla av beröring som är så realistisk som möjligt. Forskarnas arbete har just publicerats i Soft Robotics.

"Detta är första gången vi har utvecklat en helt mjuk konstgjord hud där både sensorer och ställdon är integrerade, "säger Harshal Sonar, studiens huvudförfattare. "Detta ger oss sluten kontroll, vilket innebär att vi noggrant och pålitligt kan modulera den vibrationsstimulering som användaren känner. Detta är idealiskt för bärbara applikationer, till exempel för att testa en patients proprioception i medicinska applikationer. "

Haptics inklämt mellan silikonlager

Den konstgjorda huden innehåller mjuka pneumatiska ställdon som bildar ett membranskikt som kan pumpas upp genom att pumpa in luft i den. Ställdonen kan ställas in på olika tryck och frekvenser (upp till 100 Hz, eller 100 impulser per sekund). Huden vibrerar när membranskiktet blåses upp och töms snabbt. Ett sensorskikt sitter ovanpå membranskiktet och innehåller mjuka elektroder gjorda av en flytande-fast galliumblandning. Dessa elektroder mäter hudens deformation kontinuerligt och skickar data till en mikrokontroller, som använder denna feedback för att finjustera den känsla som överförs till bäraren som svar på bärarens rörelser och förändringar i yttre faktorer.

Den konstgjorda huden kan sträckas upp till fyra gånger sin ursprungliga längd i upp till en miljon cykler. Det gör det särskilt attraktivt för ett antal verkliga applikationer. För nu har forskarna testat det på användarnas fingrar och gör fortfarande förbättringar av tekniken.

"Nästa steg blir att utveckla en helt bärbar prototyp för applikationer inom rehabilitering och virtuell och förstärkt verklighet, "säger ekolod." Prototypen kommer också att testas i neurovetenskapliga studier, där den kan användas för att stimulera människokroppen medan forskare studerar dynamisk hjärnaktivitet i magnetresonansförsök. "