Acercarse a una computadora: cómo los textiles inteligentes ayudan a la comunicación con los mundos virtuales

Diga adiós a los controladores de juegos o teclados, diga hola a las películas de silicona ultrafinas y altamente flexibles. El profesor Stefan Seelecke y su equipo de la Universidad de Saarland están desarrollando actualmente un nuevo tipo de tecnología que permite a los humanos y las computadoras comunicarse de forma más natural e intuitiva.

Cuando su delgada película de polímero se integra en el guante de un operador de ensamblaje o se deposita en una pantalla de visualización, la película funciona como un mediador interactivo que puede decirle a un sistema informático lo que quiere el operador humano al mismo tiempo que proporciona retroalimentación táctil al usuario en forma de pulsos. , vibraciones o golpes, o retroalimentación audible en forma de señales acústicas. El equipo de investigación exhibirá su tecnología multifuncional en la Hannover Messe de este año del 17 al 21 de abril (Hall 2, Stand B34).

Ya sea que estemos usando un controlador, un teclado o un mouse, cuando queremos comunicarnos con una computadora, generalmente presionamos botones o teclas. Eso restringe la forma en que nos comunicamos en entornos virtuales y tiende a hacer que la interacción sea menos natural que la comunicación directa entre dos personas. Cuando interactuamos con las computadoras, nos enfocamos en encontrar el botón o tecla correctos en nuestro dispositivo de entrada de datos. Las computadoras normalmente no pueden entender nuestros gestos o movimientos de los dedos a menos que se agreguen sensores especiales, cámaras u otra tecnología de seguimiento de movimiento.

Pero la nueva tecnología desarrollada por Stefan Seelecke y su equipo no necesita herramientas, sensores o cámaras adicionales; todo lo que utiliza es una película de polímero simple que proporciona a la computadora un nuevo órgano sensorial. La película actúa esencialmente como un medio para la interacción y comunicación espontáneas entre un usuario humano y una máquina.

«Las películas que usamos tienen solo unas 50 micras de espesor (1 micra = 1 milésima de milímetro), lo que las hace muy delgadas y extremadamente livianas. Las películas están esencialmente listas para usar y no requieren ninguna tecnología adicional para fabricarlas. convertirlos en sensores y/o actuadores flexibles y elásticamente deformables; son, efectivamente, una especie de micromotor», explicó Stefan Seelecke, profesor de Sistemas de Materiales Inteligentes en la Universidad de Saarland, quien junto con su equipo de investigación está estudiando estas películas de polímeros inteligentes en ZeMA. (Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización) en Saarbrücken.

Lo que eso significa en la práctica es que si la película se aplica a una superficie textil u otro objeto, puede comenzar a proporcionar información a la computadora. Y proporciona retroalimentación al usuario en forma de señales hápticas (pulsos, vibraciones o movimientos de empuje) o señales acústicas (sonidos).

La gama de posibles aplicaciones de estos textiles o superficies inteligentes es inmensa. Por ejemplo, un guante de juego o un guante industrial equipado con la película permitiría al usuario comunicarse virtualmente con la mano, una de las herramientas de comunicación más importantes utilizadas por los humanos. Giacomo Morretti y Sebastian Gratz-Kelly, dos miembros del equipo de investigación de Seelecke, colocaron la película en un guante industrial y el guante ahora puede decirle al sistema informático cómo el operador mueve la mano y los dedos.

En un entorno virtual de ‘Industria 4.0’, el guante inteligente podría usar el reconocimiento de gestos para ayudar al usuario a seleccionar un componente para instalar o podría facilitar las mediciones de fuerza de agarre que podrían ayudar al operador a apretar los pernos. El guante también podría utilizar señales acústicas para advertir al usuario si se ha cometido un error durante el proceso de montaje.

El operador también podría controlar diferentes procesos simplemente gesticulando o moviendo su mano. No hace falta mucha fantasía para darse cuenta de que la combinación de guantes y textiles inteligentes con un visor de realidad virtual haría que la interacción en juegos virtuales y entornos de trabajo fuera mucho más intuitiva y real que cuando se usa un controlador de juegos.

Otra área de aplicación prometedora implica la incorporación de la película en la ropa que los niños en las unidades de aislamiento del hospital pueden usar para experimentar el contacto corporal con sus padres. Un jersey equipado con la película inteligente podría actuar como una segunda piel que transmitiría abrazos y caricias al niño cuando mamá o papá acarician o acarician un segundo textil inteligente.

«Queremos dar a los niños en las unidades de aislamiento del hospital y a sus padres la oportunidad de reunirse e interactuar en un espacio virtual seguro. Nuestro objetivo es crear un entorno real y emocionalmente inmersivo en el que el niño y los padres puedan interactuar virtualmente usando la vista, la audición y, lo que es más importante, el tacto», dijo Martina Lehser.

«Desde una perspectiva de ingeniería, la película es un elastómero dieléctrico que nos permite combinar funcionalidades de sensor, actuador y acústicas», explicó Paul Motzki, quien ocupa una cátedra interinstitucional en sistemas de materiales inteligentes para la producción innovadora en la Universidad de Saarland y en ZeMA, donde dirige el área de investigación ‘Smart Material Systems’.

La película de polímero de silicona está impresa en ambos lados con un material eléctricamente conductor que responde a los campos eléctricos cambiantes y al mismo tiempo exhibe un consumo de energía extremadamente bajo. Si se aplica un voltaje a la película, las fuerzas de atracción electrostática resultantes hacen que la película se comprima.

«Cuando se comprime, la película se extiende lateralmente aumentando así su área de superficie, lo que a su vez altera la capacitancia eléctrica de la película», explicó Motzki. «Podemos asignar un valor de capacitancia eléctrica preciso a cualquier posición particular de la película».

Esto imparte propiedades de sensor a la película sin necesidad de tecnología adicional. A medida que la mano y los dedos se mueven dentro del guante, la película se deforma, se estira, tira o comprime, lo que genera una gran secuencia de valores de medición individuales. «Hemos desarrollado algoritmos inteligentes que permiten cuantificar estas secuencias de movimiento y luego procesarlas en una computadora», explicó Sebastian Gratz-Kelly, quien actualmente estudia textiles inteligentes como parte de su proyecto de investigación doctoral.

Los algoritmos también permiten que el equipo de investigación controle con precisión el movimiento de la película de silicona. «Los movimientos que podemos crear van desde vibraciones de alta frecuencia hasta movimientos lentos pulsantes o de flexión, y también podemos sostener la película en una posición fija específica. Podemos controlar el tipo y la frecuencia de las vibraciones con mucha precisión», dijo Sophie Nalbach.

Por lo tanto, el equipo puede controlar la película para que se deforme y empuje contra el dedo del usuario. La flexión rápida de la película debajo de la yema del dedo del usuario puede generar la sensación de un pequeño botón deslizante elevado o crear una ligera sensación de presión, como cuando alguien enciende un interruptor real. La película también puede generar tonos acústicos individuales o incluso tonos múltiples si se superponen varias frecuencias vibratorias.

El equipo de investigación estará en la Hannover Messe de este año, donde exhibirá una serie de prototipos de sus textiles inteligentes y pantallas hápticas, incluido el guante industrial inteligente.