Die informierte Berührung intelligenter Stoffe kann Ihnen sagen, wohin Sie gehen müssen

Jul 22, 2023

Persönliche Geräte versorgen unser Sehen und Hören mit praktisch unbegrenzten Informationsströmen, während unser Tastsinn größtenteils … unberührt bleibt.

Ein tragbares, textilbasiertes Gerät, das von Ingenieuren der Rice University entwickelt wurde, könnte dabei helfen, Defizite bei visuellen und auditiven Eingaben zu beseitigen, zu verbessern – und im Falle von Beeinträchtigungen auszugleichen, indem es diese nicht ausreichend genutzte sensorische Ressource nutzt.

„Die Technologie hat Haptik oder Kommunikation, die auf dem Tastsinn basiert, nur langsam übernommen“, sagte Barclay Jumet, ein Doktorand des Maschinenbaus und Hauptautor einer in Device veröffentlichten Studie. „Von den Technologien, die Haptik beinhalten, erfordern tragbare Geräte oft immer noch sperrige externe Hardware, um komplexe Hinweise zu geben, was ihren Einsatz bei alltäglichen Aktivitäten einschränkt.“

Das von den Rice-Labors von Daniel Preston und Marcia O'Malley entwickelte System haptischer Accessoires reduziert den Bedarf an Hardware, indem es mithilfe von Fluidsteuerung haptische Hinweise in die Textilstruktur der Wearables programmiert und dabei auf einem in früheren Arbeiten beschriebenen Ansatz aufbaut.

„Bei einem herkömmlichen Steuerungssystem, das Spannung und Strom nutzt, wären normalerweise viele elektronische Eingaben erforderlich, um komplexe haptische Signale zu erzeugen“, sagte Preston, Assistenzprofessor für Maschinenbau an der Rice University, dessen Labor die Schnittstelle zwischen Energie, Materialien und Flüssigkeiten erforscht. „Bei diesem Gerät haben wir einen Großteil dieser Komplexität auf die Fluidsteuerung verlagert und benötigen nur eine sehr begrenzte Anzahl elektronischer Eingaben, um eine anspruchsvolle haptische Stimulation bereitzustellen.“

Die Wearables bestehen aus einem Gürtel und Textilärmeln und basieren auf Fluidsignalen – wie Drücken und Flussraten –, um die Abgabe komplexer haptischer Signale, einschließlich Empfindungen wie Vibration, Klopfen und Drücken, zu steuern. Ein kleiner, leichter Kohlendioxidtank, der am Gürtel befestigt ist, speist luftdichte Kreisläufe, die in die heißsiegelbaren Textilien eingearbeitet sind, wodurch sich Beutel in Viertelgröße – bis zu sechs an jedem Ärmel – mit unterschiedlicher Kraft und Frequenz aufblasen.

In einem Experiment, das den Nutzen des Geräts für die Navigation in der realen Welt demonstrierte, dienten diese Hinweise als Anweisungen, die einen Benutzer auf einer kilometerlangen Route durch die Straßen von Houston führten. In einem anderen Experiment zeichnete ein Benutzer unsichtbare Tetris-Teile auf einem Feld, indem er den Anweisungen folgte, die ihm durch die haptischen Textilien übermittelt wurden.

„Der Riemen enthält eine abgespeckte Version des elektronischen Steuerungssystems, das sonst möglicherweise erforderlich wäre“, sagte Jumet. „In diesem Fall hatten wir zwölf Beutel über zwei Ärmel verteilt, die sich nach und nach aufblasen, um eine von vier Richtungen anzuzeigen: vorwärts, rückwärts, links oder rechts. Anstatt also zwölf elektronische Eingänge zu benötigen, integrieren wir diese Komplexität in die Hülle und können nur vier Eingänge verwenden – eine Reduzierung um zwei Drittel.

„Zukünftig könnte diese Technologie direkt in Navigationssysteme integriert werden, so dass die Textilien, aus denen die Kleidung besteht, den Nutzern sagen können, welchen Weg sie gehen sollen, ohne ihre ohnehin schon überlasteten Seh- und Hörsinne zu belasten – etwa durch den Blick auf eine Karte oder …“ Hören Sie einem virtuellen Assistenten zu.

Darüber hinaus könnte das tragbare Textilgerät andere Erfassungs- und Steuerungsmechanismen integrieren, um Benutzern mit eingeschränktem Seh- oder Hörvermögen die Erkennung von Hindernissen und die Navigation in dynamischen Umgebungen in Echtzeit zu ermöglichen.

„Geräte wie dieses könnten beispielsweise für Menschen mit Hörverlust hilfreich sein“, sagte O'Malley, Vorsitzender der Fakultät für Maschinenbau und Thomas-Michael-Panos-Familienprofessor für Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik, Bioingenieurwesen und Computer Wissenschaft bei Rice.

Cochlea-Implantate können die Sprachwahrnehmung von Menschen mit schwerem Hörverlust wiederherstellen. Die Literatur zeigt jedoch, dass diese Personen in lauten Umgebungen immer noch Schwierigkeiten haben, Sprache zu verstehen, und möglicherweise Schwierigkeiten haben, die Geräuschquellen zu lokalisieren. Haptisches Feedback hat das Potenzial, die Leistung von Cochlea-Implantaten zu verbessern oder den Patienten das Lippenlesen zu erleichtern.

„Sie können die vom Cochlea-Implantat verarbeiteten Geräusche besser erkennen und interpretieren, wenn sie durch haptische Hinweise verstärkt werden, die dieselben Informationen auf andere Weise kodiert übermitteln“, sagte O'Malley.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Wiederherstellung des Tastsinns eines Amputierten durch die Einbettung von Sensoren in eine Prothese, um Daten zu sammeln, die die Wearables als haptisches Feedback an andere Stellen des Körpers weiterleiten könnten.

„Das haptische Feedback, das der Benutzer erlebt, würde in diesem Fall direkt mit den von ihm ausgeführten Aktionen korrelieren“, sagte O'Malley, der das Labor für Mechatronik und haptische Schnittstellen bei Rice leitet. „Einer der großen Vorteile bei der Verwendung dieser intelligenten Textilien für haptische Geräte besteht darin, dass sie dem Designraum viel mehr Freiheit und Flexibilität verleihen. Wir sind nicht mehr durch die Größe oder Geometrie der Komponenten eingeschränkt, die in ein Design integriert werden müssen.“

Die heißsiegelbaren Textilien sind widerstandsfähig gegen Abnutzung und machen das Gerät daher für den intensiven täglichen Gebrauch geeignet.

„Wir haben die Haltbarkeit unserer haptischen Textilien getestet, indem wir ein Gerät 25 Mal gewaschen haben, es dann mit einem Messer aufgeschnitten und ein Textilpflaster über den Schnitt gebügelt haben“, sagte Jumet. „Nach mehrmaligem Waschen, Schneiden und Reparieren funktionierte es weiterhin wie vorgesehen.“

Jumet äußerte die Hoffnung, dass haptische Textilien nicht nur als Grundlage für medizinisch nützliche Anwendungen dienen könnten, sondern auch „eine immersivere und nahtlos vernetzte Welt ermöglichen könnten“.

„Anstelle einer Smartwatch mit einfachen Vibrationssignalen können wir uns jetzt ein ‚Smart Shirt‘ vorstellen, das das Gefühl einer streichelnden Hand oder eines sanften Klopfens auf den Oberkörper oder Arm vermittelt“, sagte er. „Filme, Spiele und andere Formen der Unterhaltung könnten jetzt den Tastsinn integrieren, und die virtuelle Realität kann über längere Zeiträume komfortabler sein.“ Die Forschung wurde von der National Science Foundation (1830146, 2144809, 1842494), der Rice University Academy of Fellows und das Gates Millennium Scholars Program.

„Fluidisch programmierte tragbare haptische Textilien“ | Gerät | DOI: 10.1016/j.device.2023.100059 Autoren: Barclay Jumet, Zane Zook, Anas Yousaf, Anoop Rajappan, Doris Xu, Te Yap, Nathaniel Fino, Zhen Liu, Marcia O'Malley und Daniel Prestonhttps://doi.org/10.1016 /j.device.2023.100059

Video-URL: https://youtu.be/6KHVXg1R0Y8 (Video von Brandon Martin/Rice University)

https://news-network.rice.edu/news/files/2023/08/829_Wearable-Haptics_researchers_Lg.jpg BILDUNTERSCHRIFT: Marcia O'Malley (von links), Barclay Jumet und Daniel Preston haben ein tragbares Textilgerät entwickelt, das komplexe Ergebnisse liefern kann haptische Hinweise in Echtzeit für Benutzer unterwegs. (Foto von Brandon Martin/Rice University)https://news-network.rice.edu/news/files/2023/08/230824_Wearable-Haptic-Feedback-Mechanical-Engineering_Martin-88.jpg BILDUNTERSCHRIFT: Barclay Jumet ist Hauptautor von eine in Device veröffentlichte Studie. (Foto von Brandon Martin/Rice University)

Freisprechtechnologie sorgt für einen realistischen Tastsinn in der erweiterten Realität:https://news.rice.edu/news/2023/hands-free-tech-adds-realistic-sense-touch-extended-reality Wearables machen einen „logischen“ Schritt in Richtung Bordkontrolle:https://news.rice.edu/news/2022/wearables-take-logical-step-toward-onboard-control Rice-Ingenieure bekommen „nekrobotische“ Spinnen in den Griff:https://news.rice. edu/news/2022/rice-engineers-get-grip-necrobotic-spiders

Einen „Arm“ mit Luft anzutreiben, könnte sehr praktisch sein:https://news.rice.edu/news/2022/powering-arm-air-could-be-mighty-handy Rice hat sich für die Entwicklung von 3D-gedruckten „intelligenten Helmen“ entschieden. für das Militär:https://news.rice.edu/news/2021/rice-tapped-develop-3d-printed-smart-helmets-military

Preston Innovation Laboratory: https://pi.rice.edu Labor für Mechatronik und haptische Schnittstellen: https://mahilab.rice.edu/ Fakultät für Maschinenbau: https://mech.rice.edu George R. Brown School of Engineering : https://engineering.rice.edu/

Die Rice University befindet sich auf einem 300 Hektar großen bewaldeten Campus in Houston und wird von US News & World Report regelmäßig zu den 20 besten Universitäten des Landes gezählt. Rice verfügt über hoch angesehene Fakultäten für Architektur, Wirtschaft, Weiterbildung, Ingenieurwesen, Geisteswissenschaften, Musik, Naturwissenschaften und Sozialwissenschaften und ist die Heimat des Baker Institute for Public Policy. Mit 4.552 Studenten und 3.998 Doktoranden beträgt das Verhältnis zwischen Studenten und Dozenten an Rice knapp 6 zu 1. Sein Wohnhochschulsystem baut enge Gemeinschaften und lebenslange Freundschaften auf, nur einer der Gründe, warum Rice im Princeton Review auf Platz 1 für viel Rassen-/Klasseninteraktion und auf Platz 4 für Lebensqualität steht. Rice wird auch von Kiplingers Personal Finance als beste Privatuniversität eingestuft.