Рука на плече, ласка руки или простое объятие. Человеческое прикосновение может принести спокойствие, комфорт и близость — чувство безопасности и защиты. Когда нервные клетки в нашей коже стимулируются прикосновением, активируются многочисленные участки нашего мозга, вызывая немедленные изменения в биохимии организма. Высвобождаются гормоны и сигнальные молекулы, включая окситоцин, который создает чувство благополучия и привязанности. Напротив, видеозвонки часто оставляют нас равнодушными. Нам не хватает близости и эмоциональной связи, которые возникают при личном общении. Но что происходит, когда физическая близость необходима, когда дети серьезно больны, но их родители не могут их навестить? А что, если физический контакт невозможен из-за ослабленной иммунной системы?
Междисциплинарная исследовательская группа из Саарского университета, Саарского университета прикладных наук, Центра мехатроники и автоматизации (ZeMA) и Немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта (DFKI) работает над технологией, которая позволит детям в изоляционных палатах больниц ощущать физическую близость своих родителей очень естественным образом во время виртуальных визитов. Проект «Multi-Immerse» находится на стыке инженерии, нейротехнологий, медицины и информатики, и исследовательская группа разрабатывает способы облегчения мультисенсорных виртуальных встреч между людьми. Цель состоит в создании новой технологии, которая позволит юным пациентам видеть, слышать и чувствовать своих родителей и братьев и сестер максимально реалистично, чтобы дети испытывали сильное ощущение тесного физического взаимодействия, даже когда они физически разделены.
Исследовательская группа под руководством профессоров Штефана Зеелеке и Пауля Моцки из Саарландского университета и ZeMA в Саарбрюкене отвечает за тактильную составляющую проекта и за создание технических систем, обеспечивающих реалистичное ощущение прикосновения. Инженеры из Саарбрюкена являются экспертами в использовании тонких силиконовых пленок для придания поверхностям новых возможностей. Они разработали пленки толщиной всего 50 микрометров, которые можно носить как вторую кожу. Подобно тому, как наша кожа является интерфейсом между нашим телом и внешним миром, эти ультратонкие пленки являются интерфейсом между телом и виртуальным миром. Цель состоит в создании реалистичного тактильного ощущения от взаимодействия людей в виртуальной среде.
При использовании в текстиле эти высокотехнологичные пленки позволяют ребенку ощущать прикосновение, когда родитель прикасается к другому, «умному» текстильному изделию. «Эти пленки, называемые диэлектрическими эластомерами, действуют одновременно как датчики — обнаруживая прикосновения мамы или папы — и как исполнительные механизмы — передавая эти движения ребенку», — объясняет профессор Зеелеке, руководитель Лаборатории интеллектуальных материальных систем в Саарландском университете. Работая в качестве датчика, пленка может точно распознавать, как рука или палец надавливают или растягивают ее. Эта физическая деформация, вызванная рукой родителя, точно воспроизводится во втором слое ткани, контактирующем с кожей ребенка, создавая реалистичное ощущение, например, поглаживания.
На каждой стороне ультратонкой пленки наносится высокоэластичный электропроводящий слой, образуя так называемый диэлектрический эластомер. «Если мы подадим напряжение на эластомерную пленку, электроды притягиваются друг к другу, сжимая полимер и вызывая его боковое расширение, тем самым увеличивая площадь его поверхности», — объясняет профессор Пол Моцки, руководитель межинституциональной кафедры интеллектуальных материальных систем для инновационного производства в Саарландском университете и ZeMA. Малейшее движение пленки Пленка изменяет свою электрическую емкость — физическую величину, которую можно точно измерить. Когда палец проходит по пленке, она деформируется, и каждому отдельному участку пленки может быть присвоено точное значение электрической емкости. Последовательность этих измеренных значений емкости представляет собой траекторию движения пальца. Таким образом, пленка является собственным гибким датчиком, способным распознавать свою деформацию.
Понимая взаимосвязь между значениями емкости и деформациями пленки, исследователи могут использовать «умный» текстиль для переноса поглаживающих движений руки родителя на руку ребенка. Исследовательская группа может точно контролировать движение эластомерной пленки. Сочетая данные о емкости с интеллектуальными алгоритмами, команда разработала блок управления, который может прогнозировать и программировать последовательности движений, точно контролируя деформацию эластомерной пленки. «Мы можем заставить пленку непрерывно совершать контролируемые изгибающие движения, оказывая возрастающее давление на кожу, или удерживать ее в фиксированном положении», — объясняет аспирантка Сипонтина Кроче, работающая над своей докторской диссертацией в рамках проекта. Они также могут создавать постукивающие движения с определенной частотой. Амплитуда и частота движения могут точно регулироваться.
На Ганноверской ярмарке в этом году команда продемонстрирует свою технологию с помощью «часов», на заднюю часть которых нанесена «умная» пленка. «Мы можем создавать цепочки из этих интеллектуальных компонентов, чтобы они могли передавать длинные, плавные движения. Для этого мы соединяем компоненты между собой, чтобы они могли взаимодействовать и сотрудничать коллективно в рамках сети», — объясняет Пол Моцки.
Эта интеллектуальная текстильная технология недорога, легка, бесшумна и энергоэффективна. Добавляя тактильный элемент в компьютерные игры, новая технология эластомерных пленок может также использоваться для повышения реалистичности игрового процесса. В смежных проектах инженеры использовали свою технологию для создания интерактивных перчаток для будущих промышленных производственных процессов или для создания ощущения касания «кнопки» или «пролистывания» на плоских стеклянных экранах, буквально добавляя новое измерение к взаимодействию с сенсорными экранами.
На Ганноверской ярмарке этого года эксперты по интеллектуальным материалам из Саарбрюккена продемонстрируют другие разработки с использованием диэлектрических эластомеров, такие как сенсорные футболки или подошвы обуви, или промышленные компоненты, такие как высокопроизводительные насосы, вакуумные насосы и исполнительные механизмы.
Введение:
Проект FEDER «Multi-Immerse», возглавляемый профессором Мартиной Лезер (Саарский университет прикладных наук htw saar / ZeMA), представляет собой сотрудничество между Саарским центром цифровых нейротехнологий (CDNS), расположенным на территории медицинского кампуса Саарского университета в Хомбурге, htw saar, и Центром мехатроники и автоматизации (ZeMA). Помимо профессора Мартины Лезер и профессоров Стефана Зеелеке и Пола Моцки, в проекте также участвуют профессор Даниэль Штраус (руководитель отдела системной нейронауки и нейротехнологий), профессор Михаэль Землин (директор Саарской университетской детской больницы), профессор Ева Мёлер (руководитель отделения детской и подростковой психиатрии Саарского университетского медицинского центра), а также специалисты по информатике из Саарского университета (профессор Юрген Штаймле) и Немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта (DFKI).
Технология диэлектрических эластомеров продолжает развиваться благодаря исследованиям, проводимым докторантами в рамках их диссертационных проектов под руководством профессоров Зеелеке и Моцки. Результаты опубликованы в различных научных журналах. Исследования также получили поддержку из многочисленных источников. ЕС выделил грант имени Марии Кюри. Правительство Саарланда оказало финансовую помощь в рамках проектов FEDER iSMAT и Multi-Immerse, а ME Saar (Ассоциация металлургической и электротехнической промышленности Саарланда) профинансировала программу докторских исследований.
Команда также стремится использовать результаты своих прикладных исследований в коммерческих и промышленных целях, поэтому на базе кафедры профессора Зеелеке была создана компания «mateligent GmbH».
