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(Foco Nanowerk) Desde principios de la década de 1990, el deseo de mejorar las experiencias de realidad virtual, aumentada y mixta ha llevado a los investigadores a innovar en el campo de las interfaces hápticas. El objetivo de estas interfaces es proporcionar retroalimentación táctil realista, un componente crucial 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 nuevos dispositivos portátiles blandos que utilizan aleaciones con memoria de forma, neumática basada en aire o electrónica flexible encapsulada en elastómeros han logrado avances en materia de comodidad. Sin embargo, estos enfoques existentes siguen teniendo una capacidad limitada para proporcionar señales hápticas matizadas más allá de las simples vibraciones. Esto limita la cantidad de información que pueden transmitir intuitivamente a los usuarios. Por tanto, los hápticos actuales siguen representando un cuello de botella táctil que limita el alcance de las interacciones virtuales.
Ahora, investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han informado de un innovador textil inteligente que aborda estas limitaciones. Su tejido auxético háptico portátil (WHAF) combina una excelente portabilidad con una notable capacidad para crear patrones hápticos complejos tanto en el espacio como en el tiempo. Los resultados se publicarán en Materiales avanzados (“Arquitectura de nudo SMA auxiliar fácil de usar para retroalimentación háptica espaciotemporal y multimodal”).
El comportamiento físico inusualmente dinámico del WHAF se debe a su novedosa metaestructura. Los investigadores entrelazaron y anudaron intrincadamente pares de cables reactivos hechos de una aleación con memoria de forma en una matriz de red auxética que exhibe una geometría reentrante. Esta topología permite que el WHAF se expanda o contraiga completamente en tres dimensiones, exhibiendo un raro efecto de relación de Poisson negativo que no se observa en tejidos normales. Las estructuras auxéticas se expanden verticalmente cuando se estiran en lugar de adelgazarse, lo que resulta en una excelente adaptabilidad.
«Auxético» se refiere a una propiedad de los materiales que se comportan de manera contradictoria cuando se estiran o comprimen. Para la mayoría de los materiales, cuando se separan (estiran) se vuelven más delgados en dirección vertical y cuando se comprimen se expanden en dirección vertical. Esto se cuantifica mediante una propiedad llamada relación de Poisson, que es positiva para estos materiales típicos.
Sin embargo, para materiales auxéticos este comportamiento se invierte. Cuando se estiran materiales auxéticos, se vuelven más gruesos en dirección vertical, y cuando se comprimen, se vuelven más delgados en dirección vertical. Esto significa que los materiales auxéticos tienen un índice de Poisson negativo.
Esta propiedad inusual confiere a los materiales auxéticos ventajas únicas, tales como: B. alta absorción de energía y resistencia a la rotura, y puede mejorar otras propiedades como la rigidez al corte. Debido a estas propiedades, los materiales auxéticos encuentran aplicación en una variedad de áreas que incluyen 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.
La arquitectura auxética del WHAF no sólo garantiza una excelente elasticidad, drapeabilidad y adaptabilidad para un ajuste perfecto contra la piel, sino que también le confiere un talento excepcional. El equipo aprovechó la conexión a la red y aplicó un fino microfilm aislante para controlar por separado el calentamiento de las conexiones de cables individuales dentro de los nodos. Esto permite que la tensión active específicamente regiones de tejido localizadas. Esto realiza una activación de zona específica que no tiene precedentes para los textiles hápticos y abre posibilidades para la estimulación espaciotemporal.
Mientras que los tejidos inteligentes anteriores fabricados a partir de aleaciones con memoria de forma solo podían exhibir una contracción completamente uniforme, 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 reconocibles. Por ejemplo, los investigadores demostraron que el WHAF transmite señales direccionales a través de sucesivos pulsos de presión alrededor del antebrazo.
Además, la modulación de la tensión ajusta el tiempo y la rigidez de la entrega de fuerza en las áreas accionadas. Combinado con su excelente adhesión a la piel después del uso, esto permite que el liviano WHAF proporcione una retroalimentación de resistencia cinestésica claramente perceptible. Los investigadores demostraron que el uso de la tela en las articulaciones transformaba la flexión de los dedos y la flexión del brazo en movimientos notablemente más extenuantes.
Las pruebas de usuario demostraron la precisión superior y la intuición del extenso vocabulario háptico de WHAF. Los participantes identificaron de forma fiable instrucciones de navegación direccionales y patrones espaciales transmitidos a través del tejido. De este modo, el WHAF permite 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 evitar el terreno obstructivo del cráter, a pesar de que el polvo cegador oscurecía la visibilidad.
Los investigadores creen que su tejido inteligente auxético adaptativo representa un gran avance en interfaces hápticas multimodales versátiles. La portabilidad sin precedentes y las capacidades de actuación dinámica del WHAF ayudan a superar limitaciones importantes en tejidos y pieles para realidades virtuales interactivas. Proporcionar sensaciones táctiles matizadas a través de señales intermodales fáciles de entender podría aumentar significativamente la intuición y la maniobrabilidad al explorar espacios digitales. Se espera que el novedoso paradigma metaestructural del equipo KAIST para impartir propiedades de respuesta avanzadas a los tejidos cotidianos acelere la innovación en torno a pieles que conectan a las personas con mundos virtuales.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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