25 de noviembre de 2023 (Proyector Nanowerk) Desde principios de la década de 1990, la búsqueda de mejorar las experiencias de realidad virtual, aumentada y mixta ha llevado a los investigadores a innovar en el campo de las interfaces hápticas. Estas interfaces tienen como objetivo proporcionar retroalimentación táctil realista, un componente crítico para entornos digitales totalmente inmersivos. Sin embargo, desarrollar sistemas hápticos que no sólo sean ligeros y cómodos, sino también capaces de transmitir una variedad de sensaciones táctiles, ha sido un desafío importante y continuo. Los recientes dispositivos portátiles blandos que utilizan aleaciones con memoria de forma, neumática basada en aire o electrónica flexible encapsulada en elastómeros han logrado avances en el frente de la comodidad. Pero estos enfoques existentes siguen teniendo una capacidad limitada para proporcionar señales hápticas matizadas más allá de la simple vibración. Esto restringe la amplitud de información que pueden comunicar intuitivamente a los usuarios. Como resultado, los hápticos actuales todavía representan un cuello de botella táctil que frena el alcance de las interacciones virtuales. Ahora, investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han informado de un gran avance textil inteligente que aborda estas limitaciones. Su tejido auxético háptico portátil (WHAF) combina una excelente portabilidad con una notable capacidad para generar patrones hápticos complejos tanto espacial como temporalmente. Los hallazgos se publican en Materiales avanzados (“Arquitectura de nudo SMA auxiliar fácil de usar para retroalimentación háptica espaciotemporal y multimodal”).
Esquema de fabricación de WHAF y sus propiedades estructurales. a) Ilustración esquemática de cómo se comporta el tejido SMA con nudos auxéticos cuando se aplica una fuerza externa para deformar la estructura y se calienta para volver a su forma previamente memorizada. b) Característica de ajuste de forma del WHAF que cubre un globo esférico y una pelota de fútbol con forma de esferoide alargada. Barras de escala: 15 mm (izquierda) y 45 mm (derecha). c) Imagen que muestra el tejido SMA con nudos auxéticos fabricado como tejido activo conectado con tejido pasivo mediante simple costura. La imagen ampliada, delineada por puntos rojos, muestra cómo los cables SMA se entrelazan y anudan para formar un mosaico de la unidad reentrante. La imagen ampliada, delineada por puntos azules, muestra cómo se cosen los bordes de la tela activa con la tela pasiva. d) Comparación del flujo de corriente entre cables SMA desnudos y cables SMA recubiertos de parileno, ambos con contacto físico en un punto. La siguiente imagen muestra cómo se produce el calentamiento Joule por zona especificada con la contracción únicamente de las columnas aplicadas con energía eléctrica. e) Ilustraciones esquemáticas que muestran el WHAF usado para proporcionar retroalimentación de fuerza táctil específica de una zona o para servir como asesor personal de ejercicio al proporcionar retroalimentación cinestésica. (Reimpreso con autorización de Wiley-VCH Verlag) Los comportamientos físicos inusualmente dinámicos del WHAF se derivan de su novedosa metaestructura. Los investigadores entrelazaron y anudaron intrincadamente pares de cables de aleación con memoria de forma sensibles en una disposición de red auxética que exhibe una geometría reentrante. Esta topología permite que el WHAF se expanda o contraiga completamente en tres dimensiones, mostrando un raro efecto de relación de Poisson negativo que no se ve en tejidos normales. Las estructuras auxéticas se expanden perpendicularmente cuando se estiran en lugar de adelgazarse, lo que proporciona una excelente adaptabilidad.
"Auxético" se refiere a una propiedad de los materiales que se comportan de forma contraintuitiva cuando se estiran o comprimen. En la mayoría de los materiales, cuando los separas (los estiras), se vuelven más delgados en la dirección perpendicular y cuando los comprimes, se expanden en la dirección perpendicular. Esto se cuantifica mediante una propiedad llamada relación de Poisson, que es positiva para estos materiales típicos.
Sin embargo, en materiales auxéticos este comportamiento se invierte. Cuando se estiran materiales auxéticos, se vuelven más gruesos en la dirección perpendicular y cuando se comprimen, se vuelven más delgados en la dirección perpendicular. Esto significa que los materiales auxéticos tienen una relación de Poisson negativa.
Esta propiedad inusual brinda a los materiales auxéticos ventajas únicas, como una alta absorción de energía y resistencia a la fractura, y puede mejorar otras propiedades como la rigidez al corte. Debido a estas características, los materiales auxéticos encuentran aplicaciones en una amplia gama de campos, incluidos equipos de protección, dispositivos médicos, aeroespacial y, como en el caso del artículo, textiles avanzados para retroalimentación háptica en entornos de realidad virtual. Su capacidad para expandirse en todas direcciones cuando se estiran puede resultar particularmente útil para crear productos más cómodos, adaptables y eficaces.
Además de garantizar una excelente elasticidad, drapeabilidad y adaptabilidad de la forma para un ajuste perfecto contra la piel, la arquitectura auxética del WHAF le otorga un talento destacado. Aprovechando la interconectividad de la red, el equipo aplicó un fino microfilm aislante para controlar por separado el calentamiento de las uniones de cables individuales dentro de los nudos. Como resultado, el voltaje puede activar selectivamente regiones de tejido localizadas. Esto logra una activación de zona específica sin precedentes para los textiles hápticos, lo que abre posibilidades de estimulación espaciotemporal.
Mientras que los tejidos inteligentes anteriores de aleación con memoria de forma solo podían exhibir una contracción uniforme total, el control segmentado del WHAF permite patrones intrincados de compresión y ondas de presión amplias. Los usuarios perciben estas complejas secuencias táctiles como formas, texturas y movimientos táctiles discernibles. Por ejemplo, los investigadores demostraron que el WHAF comunica señales direccionales a través de pulsos de compresión secuenciales alrededor del antebrazo.
Además, la modulación del voltaje ajusta el tiempo de salida de la fuerza y la rigidez en las regiones accionadas. Combinado con su excelente adhesión a la piel una vez usado, esto permite que el liviano WHAF proporcione una retroalimentación de resistencia cinestésica fácilmente discernible. Los investigadores demostraron que el uso de la tela en las articulaciones convertía la flexión de los dedos y la flexión del brazo en movimientos perceptiblemente más extenuantes.
Las pruebas de usuario evidenciaron la precisión superlativa y la intuición del extenso vocabulario háptico del WHAF. Los participantes identificaron de manera confiable indicaciones de navegación direccionales y patrones espaciales transmitidos a través de la tela. De este modo, el WHAF potencia aplicaciones prácticas como la navegación móvil con manos libres. Mientras tanto, en una simulación inmersiva de rover virtual, los hápticos WHAF permitieron a los usuarios maniobrar alrededor del terreno de cráteres obstructivos a pesar de que el polvo cegador impidiera la visión.
Los investigadores sugieren que su textil inteligente auxético adaptable constituye un avance versátil en la interfaz háptica multimodal. La incomparable portabilidad y las capacidades de actuación dinámica del WHAF ayudan a resolver limitaciones clave en tejidos y pieles para realidades virtuales interactivas. Su transmisión de sensaciones táctiles matizadas a través de señales que abarcan modalidades fácilmente comprendidas podría aumentar en gran medida la intuición y la maniobrabilidad al explorar espacios digitales.
Esquema de fabricación de WHAF y sus propiedades estructurales. a) Ilustración esquemática de cómo se comporta el tejido SMA con nudos auxéticos cuando se aplica una fuerza externa para deformar la estructura y se calienta para volver a su forma previamente memorizada. b) Característica de ajuste de forma del WHAF que cubre un globo esférico y una pelota de fútbol con forma de esferoide alargada. Barras de escala: 15 mm (izquierda) y 45 mm (derecha). c) Imagen que muestra el tejido SMA con nudos auxéticos fabricado como tejido activo conectado con tejido pasivo mediante simple costura. La imagen ampliada, delineada por puntos rojos, muestra cómo los cables SMA se entrelazan y anudan para formar un mosaico de la unidad reentrante. La imagen ampliada, delineada por puntos azules, muestra cómo se cosen los bordes de la tela activa con la tela pasiva. d) Comparación del flujo de corriente entre cables SMA desnudos y cables SMA recubiertos de parileno, ambos con contacto físico en un punto. La siguiente imagen muestra cómo se produce el calentamiento Joule por zona especificada con la contracción únicamente de las columnas aplicadas con energía eléctrica. e) Ilustraciones esquemáticas que muestran el WHAF usado para proporcionar retroalimentación de fuerza táctil específica de una zona o para servir como asesor personal de ejercicio al proporcionar retroalimentación cinestésica. (Reimpreso con autorización de Wiley-VCH Verlag) Los comportamientos físicos inusualmente dinámicos del WHAF se derivan de su novedosa metaestructura. Los investigadores entrelazaron y anudaron intrincadamente pares de cables de aleación con memoria de forma sensibles en una disposición de red auxética que exhibe una geometría reentrante. Esta topología permite que el WHAF se expanda o contraiga completamente en tres dimensiones, mostrando un raro efecto de relación de Poisson negativo que no se ve en tejidos normales. Las estructuras auxéticas se expanden perpendicularmente cuando se estiran en lugar de adelgazarse, lo que proporciona una excelente adaptabilidad.
"Auxético" se refiere a una propiedad de los materiales que se comportan de forma contraintuitiva cuando se estiran o comprimen. En la mayoría de los materiales, cuando los separas (los estiras), se vuelven más delgados en la dirección perpendicular y cuando los comprimes, se expanden en la dirección perpendicular. Esto se cuantifica mediante una propiedad llamada relación de Poisson, que es positiva para estos materiales típicos.
Sin embargo, en materiales auxéticos este comportamiento se invierte. Cuando se estiran materiales auxéticos, se vuelven más gruesos en la dirección perpendicular y cuando se comprimen, se vuelven más delgados en la dirección perpendicular. Esto significa que los materiales auxéticos tienen una relación de Poisson negativa.
Esta propiedad inusual brinda a los materiales auxéticos ventajas únicas, como una alta absorción de energía y resistencia a la fractura, y puede mejorar otras propiedades como la rigidez al corte. Debido a estas características, los materiales auxéticos encuentran aplicaciones en una amplia gama de campos, incluidos equipos de protección, dispositivos médicos, aeroespacial y, como en el caso del artículo, textiles avanzados para retroalimentación háptica en entornos de realidad virtual. Su capacidad para expandirse en todas direcciones cuando se estiran puede resultar particularmente útil para crear productos más cómodos, adaptables y eficaces.
Además de garantizar una excelente elasticidad, drapeabilidad y adaptabilidad de la forma para un ajuste perfecto contra la piel, la arquitectura auxética del WHAF le otorga un talento destacado. Aprovechando la interconectividad de la red, el equipo aplicó un fino microfilm aislante para controlar por separado el calentamiento de las uniones de cables individuales dentro de los nudos. Como resultado, el voltaje puede activar selectivamente regiones de tejido localizadas. Esto logra una activación de zona específica sin precedentes para los textiles hápticos, lo que abre posibilidades de estimulación espaciotemporal.
Mientras que los tejidos inteligentes anteriores de aleación con memoria de forma solo podían exhibir una contracción uniforme total, el control segmentado del WHAF permite patrones intrincados de compresión y ondas de presión amplias. Los usuarios perciben estas complejas secuencias táctiles como formas, texturas y movimientos táctiles discernibles. Por ejemplo, los investigadores demostraron que el WHAF comunica señales direccionales a través de pulsos de compresión secuenciales alrededor del antebrazo.
Además, la modulación del voltaje ajusta el tiempo de salida de la fuerza y la rigidez en las regiones accionadas. Combinado con su excelente adhesión a la piel una vez usado, esto permite que el liviano WHAF proporcione una retroalimentación de resistencia cinestésica fácilmente discernible. Los investigadores demostraron que el uso de la tela en las articulaciones convertía la flexión de los dedos y la flexión del brazo en movimientos perceptiblemente más extenuantes.
Las pruebas de usuario evidenciaron la precisión superlativa y la intuición del extenso vocabulario háptico del WHAF. Los participantes identificaron de manera confiable indicaciones de navegación direccionales y patrones espaciales transmitidos a través de la tela. De este modo, el WHAF potencia aplicaciones prácticas como la navegación móvil con manos libres. Mientras tanto, en una simulación inmersiva de rover virtual, los hápticos WHAF permitieron a los usuarios maniobrar alrededor del terreno de cráteres obstructivos a pesar de que el polvo cegador impidiera la visión.
Los investigadores sugieren que su textil inteligente auxético adaptable constituye un avance versátil en la interfaz háptica multimodal. La incomparable portabilidad y las capacidades de actuación dinámica del WHAF ayudan a resolver limitaciones clave en tejidos y pieles para realidades virtuales interactivas. Su transmisión de sensaciones táctiles matizadas a través de señales que abarcan modalidades fácilmente comprendidas podría aumentar en gran medida la intuición y la maniobrabilidad al explorar espacios digitales.
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry:
Nano-sociedad: empujando los límites de la tecnología,
Nanotecnología: el futuro es pequeñoy
Nanoingeniería: las habilidades y herramientas que hacen que la tecnología sea invisible
Copyright ©
Nanowerk LLC
¡Conviértete en autor invitado de Spotlight! Únase a nuestro gran y creciente grupo de contribuyentes invitados. ¿Acaba de publicar un artículo científico o tiene otros desarrollos interesantes para compartir con la comunidad de nanotecnología? Aquí se explica cómo publicar en nanowerk.com.
- Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
- PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
- PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
- PlatoESG. Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
- PlatoSalud. Inteligencia en Biotecnología y Ensayos Clínicos. Accede Aquí.
- Fuente: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64111.php
