Team udvikler bimodal elektronisk hud

Gennem den snedige brug af magnetiske felter, forskere fra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) og Johannes Kepler Universitetet i Linz har udviklet den første elektroniske sensor, der samtidigt kan behandle både berøringsfri og taktile stimuli. Tidligere forsøg har hidtil ikke kunnet kombinere disse funktioner på en enkelt enhed på grund af overlappende signaler fra de forskellige stimuli. Da sensoren let påføres den menneskelige hud, det kunne give en sømløs interaktiv platform til virtual og augmented reality-scenarier. Forskerne har offentliggjort deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

Det største menneskelige organ - huden - er sandsynligvis den mest funktionelt alsidige del af kroppen. Det er ikke kun i stand til at skelne mellem de mest varierede stimuli inden for få sekunder, men det kan også klassificere intensiteten af ​​signaler over et bredt område. Et forskerhold ledet af Dr. Denys Makarov fra HZDR's Institute of Ion Beam Physics and Materials Research samt Soft Electronics Laboratory ledet af prof. Martin Kaltenbrunner ved Linz Universitet har formået at producere en elektronisk pendant med lignende egenskaber. Ifølge forskerne, deres nye sensor kunne massivt forenkle samspillet mellem mennesker og maskiner, som Denys Makarov forklarer:"Applikationer i virtual reality bliver mere og mere komplekse. Vi har derfor brug for enheder, som kan behandle og skelne mellem flere interaktionstilstande."

De nuværende systemer, imidlertid, arbejde enten ved kun at registrere fysisk berøring eller ved at spore genstande på en berøringsfri måde. Begge interaktionsveje er nu blevet kombineret for første gang på sensoren, som er blevet betegnet som et "magnetisk mikroelektromekanisk system" (m-MEMS) af forskerne. "Vores sensor behandler de elektriske signaler fra de berøringsløse og de taktile interaktioner i forskellige regioner, " siger publikationens første forfatter Dr. Jin Ge fra HZDR, tilføjer, "og på denne måde det kan differentiere stimuli's oprindelse i realtid og undertrykke forstyrrende påvirkninger fra andre kilder." Grundlaget for dette arbejde er det usædvanlige design, som forskerne har udarbejdet.

Fleksibilitet på alle overflader

På en tynd polymerfilm, de fremstillede først en magnetisk sensor, som er afhængig af det, der er kendt som Giant Magneto Resistance (GMR). Denne film blev igen forseglet med et siliciumbaseret polymerlag (polydimethylsiloxan) indeholdende et rundt hulrum designet til at være præcist justeret med sensoren. Inde i dette tomrum, forskerne integrerede en fleksibel permanent magnet med pyramidelignende spidser, der ragede ud fra overfladen. "Resultatet minder mere om husholdningsfilm med optisk udsmykning, " kommenterer Makarov. "Men dette er netop en af ​​vores sensors styrker." Det er sådan, den forbliver så usædvanlig fleksibel:den passer perfekt til alle miljøer. Selv under buede forhold, det virker uden at miste sin funktionalitet. Sensoren kan således meget let placeres, for eksempel, på fingerspidsen.

Det er netop på denne måde, at forskerne testede deres udvikling. Jin Ge uddyber:"På bladet af en tusindfryd fastgjorde vi en permanent magnet, hvis magnetfelt peger i den modsatte retning af magneten, der er fastgjort til vores platform." Når fingeren nu nærmer sig dette eksterne magnetfelt, GMR-sensorens elektriske modstand ændres:den falder. Dette sker indtil det punkt, hvor fingeren faktisk rører bladet. I dette øjeblik, den stiger brat, fordi den indbyggede permanentmagnet presses tættere på GMR-sensoren og dermed overlejrer det eksterne magnetfelt. "Sådan kan vores m-MEMS platform registrere et tydeligt skift fra berøringsfri til taktil interaktion på få sekunder, " siger Jin Ge.

Klik i stedet for klik, klik, klik

Dette giver sensoren mulighed for selektivt at kontrollere både fysiske og virtuelle objekter, som et af eksperimenterne udført af holdet viser:på en glasplade, som de forsynede en permanent magnet med, fysikerne projekterede virtuelle knapper, der manipulerer virkelige forhold, såsom rumtemperatur eller lysstyrke. Ved hjælp af en finger, som den "elektroniske hud" var blevet påført, forskerne kunne først vælge den ønskede virtuelle funktion berøringsfrit gennem interaktion med den permanente magnet. Så snart fingeren rørte ved pladen, m-MEMS-platformen skiftede automatisk til den taktile interaktionstilstand. Let eller tungt tryk kan derefter bruges, for eksempel, for at sænke eller øge rumtemperaturen tilsvarende.

Forskerne reducerede en aktivitet, der tidligere havde krævet flere interaktioner, til kun én. "Det kan lyde som et lille skridt i starten, " siger Martin Kaltenbrunner. "På lang sigt, imidlertid, en bedre grænseflade mellem mennesker og maskiner kan bygges på dette grundlag." Denne "elektroniske hud" - ud over virtual reality-rum - kunne også bruges, for eksempel, i sterile omgivelser. Kirurger kunne bruge sensorerne til at håndtere medicinsk udstyr uden at røre det under en procedure, hvilket ville mindske faren for forurening.