Kunstig hud kan hjælpe med rehabilitering og forbedre virtual reality

EPFL-forskere har udviklet en blød kunstig hud, der giver haptisk feedback og - takket være en sofistikeret selvfølende mekanisme - har potentialet til øjeblikkeligt at tilpasse sig en bærers bevægelser. Anvendelser til den nye teknologi spænder fra medicinsk rehabilitering til virtual reality. Kunstig hud kan hjælpe med rehabilitering og forbedre virtual reality.

Ligesom vores høre- og synssans, vores følesans spiller en vigtig rolle i, hvordan vi opfatter og interagerer med verden omkring os. Og teknologi, der er i stand til at kopiere vores følesans – også kendt som haptisk feedback – kan i høj grad forbedre menneske-computer og menneske-robot-grænseflader til applikationer som medicinsk rehabilitering og virtual reality.

Forskere ved EPFL's Reconfigurable Robotics Lab (RRL), ledet af Jamie Paik, og Laboratory for Soft Bioelectronic Interfaces (LSBI), ledet af Stéphanie Lacour på School of Engineering, er gået sammen om at udvikle en blød, fleksibel kunstig hud lavet af silikone og elektroder. Begge laboratorier er en del af NCCR Robotics-programmet.

Hudens system af bløde sensorer og aktuatorer gør det muligt for den kunstige hud at tilpasse sig den nøjagtige form af en bærers håndled, for eksempel, og give haptisk feedback i form af tryk og vibrationer. Strain-sensorer måler kontinuerligt hudens deformation, så den haptiske feedback kan justeres i realtid for at producere en følelse af berøring, der er så realistisk som muligt. Forskernes arbejde er netop blevet offentliggjort i Soft Robotics.

"Det er første gang, vi har udviklet en helt blød kunstig hud, hvor både sensorer og aktuatorer er integreret, " siger Harshal Sonar, undersøgelsens hovedforfatter. "Dette giver os lukket sløjfe kontrol, hvilket betyder, at vi nøjagtigt og pålideligt kan modulere den vibrationsstimulering, som brugeren mærker. Dette er ideelt til bærbare applikationer, såsom til at teste en patients proprioception i medicinske applikationer."

Haptics klemt mellem silikonelag

Den kunstige hud indeholder bløde pneumatiske aktuatorer, der danner et membranlag, som kan pustes op ved at pumpe luft ind i det. Aktuatorerne kan indstilles til forskellige tryk og frekvenser (op til 100 Hz, eller 100 impulser pr. sekund). Huden vibrerer, når membranlaget pustes op og tømmes hurtigt. Et sensorlag sidder på toppen af ​​membranlaget og indeholder bløde elektroder lavet af en væske-fast galliumblanding. Disse elektroder måler hudens deformation kontinuerligt og sender dataene til en mikrocontroller, som bruger denne feedback til at finjustere den fornemmelse, der overføres til bæreren som reaktion på bærerens bevægelser og ændringer i eksterne faktorer.

Den kunstige hud kan strækkes op til fire gange sin oprindelige længde i op til en million cyklusser. Det gør det særligt attraktivt for en række applikationer i den virkelige verden. For nu har forskerne testet det på brugernes fingre og laver stadig forbedringer af teknologien.

"Det næste skridt vil være at udvikle en fuldt bærbar prototype til applikationer inden for rehabilitering og virtual og augmented reality, " siger Sonar. "Prototypen vil også blive testet i neurovidenskabelige undersøgelser, hvor det kan bruges til at stimulere den menneskelige krop, mens forskere studerer dynamisk hjerneaktivitet i magnetiske resonanseksperimenter."