Una mano sulla spalla, la carezza di un braccio o un semplice abbraccio. Il contatto umano può infondere calma, conforto e un senso di vicinanza, sicurezza e protezione. Quando le cellule nervose della nostra pelle vengono stimolate dal tatto, numerose aree del cervello si attivano, innescando cambiamenti immediati nella biochimica del nostro corpo. Vengono rilasciati ormoni e molecole di segnalazione, tra cui l'ossitocina, che crea una sensazione di benessere e di legame. Al contrario, le videochiamate spesso ci lasciano indifferenti. Ci manca la vicinanza e la connessione emotiva che gli incontri di persona sanno creare. Ma cosa succede quando la vicinanza fisica è essenziale, quando i bambini sono gravemente malati ma i genitori non possono far loro visita? E cosa succede quando il contatto fisico non è possibile a causa di un sistema immunitario indebolito?
Un team di ricerca interdisciplinare dell'Università della Saarland, dell'Università di Scienze Applicate htw saar, del Centro per la Tecnologia di Meccatronica e Automazione (ZeMA) e del Centro di Ricerca Tedesco per l'Intelligenza Artificiale (DFKI) sta lavorando a una tecnologia che permetterà ai bambini ricoverati in reparti di isolamento ospedaliero di sperimentare la vicinanza fisica dei genitori in modo molto naturale durante le visite virtuali. Il progetto "Multi-Immerse" si colloca all'incrocio tra ingegneria, neurotecnologia, medicina e informatica, e il team di ricerca sta sviluppando metodi per facilitare incontri virtuali multisensoriali tra individui. L'obiettivo è creare una nuova tecnologia che permetta ai giovani pazienti di vedere, sentire e percepire i propri genitori e fratelli nel modo più realistico possibile, in modo che i bambini sperimentino un forte senso di stretta interazione fisica anche quando sono fisicamente separati.
Il gruppo di ricerca guidato dai professori Stefan Seelecke e Paul Motzki dell'Università della Saarland e dello ZeMA di Saarbrücken è responsabile dell'aspetto tattile del progetto e della creazione di sistemi tecnici in grado di offrire una sensazione tattile realistica. Gli ingegneri di Saarbrücken sono esperti nell'utilizzo di sottili pellicole di silicone per conferire nuove funzionalità alle superfici. Hanno sviluppato pellicole di soli 50 micrometri di spessore che possono essere indossate come una seconda pelle. Proprio come la nostra pelle è l'interfaccia tra il nostro corpo e il mondo esterno, queste pellicole ultrasottili sono l'interfaccia tra il corpo e il mondo virtuale. L'obiettivo è creare una sensazione tattile realistica derivante dalle interazioni tra persone in un ambiente virtuale.
Integrate nei tessuti, queste pellicole ad alta tecnologia permettono a un bambino di sperimentare il tatto quando un genitore accarezza un secondo tessuto intelligente in un'altra posizione. Le pellicole, chiamate elastomeri dielettrici, agiscono sia come sensori, rilevando il tocco della mamma o del papà, sia come attuatori, trasmettendo quei movimenti al bambino", spiega il professor Seelecke, a capo del Laboratorio di Sistemi di Materiali Intelligenti presso l'Università della Saarland. Quando funziona come sensore, la pellicola può riconoscere con precisione come una mano o un dito la preme o la allunga. Questa deformazione fisica causata dalla mano del genitore viene riprodotta con precisione in un secondo strato di tessuto che è a contatto con la pelle del bambino, dandogli la sensazione realistica di essere accarezzato, ad esempio.
Uno strato altamente flessibile ed elettricamente conduttivo viene stampato su ciascun lato della pellicola ultrasottile per creare quello che è noto come elastomero dielettrico. "Se applichiamo una tensione alla pellicola elastomerica, gli elettrodi si attraggono a vicenda, comprimendo il polimero e causandone l'espansione laterale, aumentando così la sua superficie", spiega il professor Paul Motzki, titolare di una cattedra interistituzionale in sistemi di materiali intelligenti per la produzione innovativa presso l'Università della Saarland e ZeMA. Il minimo movimento della pellicola altera la sua capacità elettrica, un Una grandezza fisica che può essere misurata con precisione. Quando un dito passa sulla pellicola, questa si deforma e a ogni singolo punto della pellicola può essere assegnato un valore preciso di capacità elettrica. Una sequenza di questi valori di capacità misurati rappresenta il percorso seguito dal dito durante il movimento. La pellicola funge quindi da sensore flessibile in grado di riconoscere la propria deformazione.
Comprendendo la correlazione tra i valori di capacità e le deformazioni della pellicola, i ricercatori possono utilizzare tessuti intelligenti per trasferire il movimento di carezza della mano di un genitore al braccio di un bambino. Il team di ricerca è in grado di controllare con precisione il movimento della pellicola elastomerica. Combinando i dati di capacità con algoritmi intelligenti, il team ha sviluppato un'unità di controllo in grado di prevedere e programmare sequenze di movimento, controllando così con precisione la deformazione della pellicola elastomerica. "Possiamo far sì che la pellicola esegua movimenti di flessione controllati in modo continuo per esercitare una pressione crescente sulla pelle, oppure mantenerla in una posizione fissa", spiega la dottoranda Siponina Croce, che sta lavorando alla sua tesi di dottorato nell'ambito del progetto. Possono anche creare movimenti di picchiettamento a una frequenza specifica. L'ampiezza e la frequenza del movimento possono essere regolate con precisione.
Alla Fiera di Hannover di quest'anno, il team dimostrerà la propria tecnologia con un "orologio" sul cui retro è stata applicata una pellicola intelligente. "Possiamo creare catene di questi componenti intelligenti in modo che possano trasmettere movimenti lunghi e continui. Per fare ciò, interconnettiamo i componenti in modo che possano comunicare e cooperare collettivamente all'interno di una rete", spiega Paul Motzki.
Questa tecnologia tessile intelligente è economica, leggera, silenziosa ed efficiente dal punto di vista energetico. Aggiungendo un elemento tattile ai videogiochi, l'innovativa tecnologia delle pellicole elastomeriche può essere utilizzata anche per rendere l'esperienza di gioco più realistica. In progetti correlati, gli ingegneri hanno utilizzato la loro tecnologia per creare guanti interattivi per i futuri processi di produzione industriale, o per ricreare la sensazione di un "pulsante" o di uno "swipe" su schermi di vetro piatti, aggiungendo letteralmente una nuova dimensione alle interazioni touchscreen.
Alla Fiera di Hannover di quest'anno, gli esperti di materiali intelligenti di Saarbrücken presenteranno altri sviluppi che utilizzano elastomeri dielettrici, come magliette o suole per scarpe sensoriali, o componenti industriali come pompe ad alte prestazioni, pompe per vuoto e attuatori.
Contesto:
Il progetto FEDER "Multi-Immerse", guidato dalla Professoressa Martina Lehser (Università di Scienze Applicate della Saar htw saar / ZeMA), è una collaborazione che coinvolge il Centro per le Neurotecnologie Digitali della Saarland (CDNS), con sede presso il Campus Medico dell'Università della Saarland a Homburg, htw saar, e il Centro per la Meccatronica e la Tecnologia dell'Automazione (ZeMA). Oltre alla Professoressa Martina Lehser e ai Professori Stefan Seelecke e Paul Motzki, il progetto include anche la ricerca del Professor Daniel Strauss (Responsabile dell'Unità di Neuroscienze dei Sistemi e Neurotecnologie), del Professor Michael Zemlin (Direttore dell'Ospedale Pediatrico dell'Università della Saarland), della Professoressa Eva Möhler (Responsabile del Dipartimento di Psichiatria Infantile e dell'Adolescenza presso il Centro Medico dell'Università della Saarland) e di informatici dell'Università della Saarland (Professor Jürgen Steimle) e del Centro di Ricerca Tedesco per l'Intelligenza Artificiale (DFKI).
La tecnologia degli elastomeri dielettrici continua a essere sviluppata da dottorandi che conducono ricerche nell'ambito dei loro progetti di tesi sotto la supervisione dei professori Seelecke e Motzki. I risultati sono stati pubblicati su diverse riviste scientifiche. La ricerca ha inoltre ricevuto il supporto di numerose fonti. L'UE ha assegnato una borsa di ricerca Marie Curie. Il governo del Saarland ha fornito assistenza finanziaria attraverso i progetti FEDER iSMAT e Multi-Immerse, e ME Saar (l'Associazione delle industrie metallurgiche ed elettriche del Saarland) ha finanziato un programma di ricerca dottorale.
Il team mira anche a sviluppare i risultati della sua ricerca applicata per applicazioni commerciali e industriali, motivo per cui è stata fondata la società "mateligent GmbH" dal dipartimento del professor Seelecke.
