ساخت پوست مصنوعی برای پروتزها و ایجاد حس لامسه با سامانه واقعیت مجازی اپیدرمال

پژوهشگران دانشگاه هنگ کنگ و دانشگاه نورث وسترن پوستی مصنوعی ایجاد کرده‌اند که می‌تواند از طریق ارائه لرزش‌ها به زیر پوست کاربر حس لامسه را ایجاد کند. این دستگاه به صورت بی‌سیم تغذیه و کنترل می‌شود و می‌تواند حس لامسه را برای کاربران پروتز و کمک به توانبخشی فراهم کند.

ایجاد حس لامسه برای اندام‌های مصنوعی می‌تواند یک انقلاب برای کاربران پروتز باشد. اما فناوری‌های فعلی برای دستیابی به این هدف، که به طور معمول از محرک‌های ارتعاشی استفاده می‌کنند و موجب تحریک پوست می‌شوند، اغلب به منبع انرژی حجیم و سیم‌های دست و پا گیر نیاز دارند تا موتورهای الکتریکی را فعال کنند. این امر موجب محدود شدن کاربرد و موفقیت چنین دستگاه‌هایی شده است. فناوری جدید از یک رویکرد زیباتری استفاده می‌کند و از فناوری‌های بی‌سیم برای حرکت محرک‌های کوچک که به انرژی بسیار کمی نیاز دارند بهره برده است. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

ساخت پوست مصنوعی برای کاربران پروتز و ایجاد حس لامسه با سامانه واقعیت مجازی اپیدرمال

سامانه واقعیت مجازی اپیدرمال

پژوهشگران دانشگاه نورث وسترن یک سامانه بی‌سیم جدید و نازک ایجاد کرده‌اند که حس لامسه را به هر تجربه واقعیت مجازی (VR) می‌افزاید. این پلت‌فرم نه تنها ابعاد جدیدی را به روابط و سرگرمی‌های ما می‌افزاید، بلکه پروتزهایی را با بازخورد حسی در اختیار شما قرار می‌دهد و پزشکی از راه دور با لمس انسان را ارائه می‌دهد.

سامانه «واقعیت مجازی اپیدرمال» از طریق آرایه‌ای سریع و قابل برنامه‌ریزی از محرک‌های لرزشی مینیاتوری که درون یک ماده نازک، نرم و منعطف تعبیه شده است، ارتباط برقرار می‌کند. نمونه‌های اولیه شبیه ورق ۱۵*۱۵ سانتی‌متری هستند که به راحتی روی سطوح منحنی پوست و بدون باتری‌های حجیم و سیم‌های دست و پا گیر قرار می‌شوند.

Yonggang Huang از دانشگاه نورث وسترن گفت: «ما مرزها و توانایی‎های واقعیت مجازی و واقعیت افزوده را گسترش می‌دهیم. این پوست در مقایسه با چشم و گوش، رابط حسی نسبتاً ناشناخته‌ای است که می‌تواند تجربیات را به میزان قابل توجهی افزایش دهد».

روش کار

پیشرفته ترین دستگاه John A. Rogers و Huang آرایه‌ای توزیع شده از ۳۲ محرک قابل برنامه‌ریزی در مقیاس میلی‌متر است. هریک از این محرک‌ها حس جداگانه‌ای از لمس را در محل مربوطه روی پوست ایجاد می‌کنند. هر محرک حداکثر با ۲۰۰ چرخه در ثانیه، جایی که پوست بیشترین حساسیت را دارد، طنین انداز می‌شود.

ساخت پوست مصنوعی برای کاربران پروتز و ایجاد حس لامسه با سامانه واقعیت مجازی اپیدرمال
هر محرک تنها ۱۸ میلی‌متر قطر و ۲٫۵ میلی‌متر ضخامت دارد. اعتبار: دانشگاه نورث وسترن

Rogers گفت: «ما می‌توانیم فرکانس و دامنه هر محرک را به سرعت و از طریق رابط کاربری گرافیکی خود تنظیم کنیم. ما طرح‌ها را به گونه‌ای برنامه‌ریزی کردیم تا بیشترین درک حسی از طریق نیروی لرزش‌ها به پوست ارائه شود».

پچ به صورت بی‌سیم به یک رابط صفحه لمسی (بر روی تلفن هوشمند یا رایانه لوحی) متصل می‌شود. وقتی کاربر صفحه لمسی را لمس می‌کند، آن الگوی لمسی به پچ منتقل می‌شود. برای نمونه اگر کاربر الگوی X را روی صفحه لمسی ترسیم کند، دستگاه‌ها یک الگوی حسی را به شکل X از طریق رابط لرزشی روی پوست تولید می‌کنند.

هنگامی که گفتگوی تصویری از مکان‌های مختلف انجام می‌شود، دوستان و اعضای خانواده می‌توانند با تأخیر زمانی ناچیز، فشارها و الگوهای قابل کنترل از طریق رابط صفحه نمایش لمسی، به یکدیگر دسترسی پیدا کنند و عملا با یکدیگر ارتباط بگیرند.

ساخت پوست مصنوعی برای کاربران پروتز و ایجاد حس لامسه با سامانه واقعیت مجازی اپیدرمال

محرک‌ها درون یک پلیمر سیلیکونی نرم و کمی چسبناک تعبیه شده‌اند که بدون نوار یا تسمه به پوست می‌چسبد. دستگاه به صورت بی‌سیم و بدون باتری و از طریق پروتکل های ارتباط نزدیک (NFC) ارتباط برقرار می کند‌. همان فناوری که در تلفن‌های هوشمند برای پرداخت‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

Rogers گفت: «با طرح تحویل بی‌سیم انرژی، از نیاز به باتری‌ها به طور کامل جلوگیری می‌کنیم. نتیجه یک سامانه نازک و سبک است که می‌تواند به طور نامحدود پوشیده و استفاده شود».

اهمیت بازخورد حسی در پروتزها

همه می‌توانند تصور کنند که چگونه می‌توان این نوع فناوری را با هدست واقعیت مجازی ترکیب کرد تا بازی‌های تعاملی و همه جانبه و سرگرمی بیشتری ایجاد کرد. اما برای Garrett Anderson، مجروح ارتش آمریکا، این پوست ممکن است راهکار ضروری برای یک مشکل در زندگی واقعی ارائه دهد. Anderson در جنگ عراق بازوی راست خود را دقیقاً از زیر آرنج از دست داد.

به تازگی Anderson سامانه نورث وسترن را امتحان کرد و آن را با بازوی پروتز خود ترکیب کرد. زمانی که Anderson این پچ را روی بازوی خود پوشید، می‌توانست احساساتی را که از نوک انگشتان مصنوعی به بازویش منتقل شده بود را احساس کند. بسته به استحکام و نیروی اعمال شده از طریق انگشتان پروتز، ارتعاشات کم و یا شدید احساس می‌شود. Anderson، که هم اکنون هماهنگ کننده خدمات در مرکز مجروحان دانشگاه ایلینویز است، گفت: «اگر من نتوانم نیروی دست خود را تنظیم کنم، ممکن است به کسی یا چیزی آسیب بزنم».

Rogers توضیح داد: «کاربران توانایی حس لامسه در انگشتان را از طریق ورودی‌های حسی بالای بازو به دست آوردند. با گذشت زمان، مغز شما می‌تواند احساس در بازوی شما را به یک احساس جادویی در نوک انگشتان تبدیل کند. درواقع یک کانال حسی تولید می‌شود».

Anderson معتقد است این وسیله به طور بالقوه می‌تواند مغز او را به گونه‌ای فریب دهد که درد فانتوم را تسکین دهد. او همچنین تصور می‌کند که این امر به او امکان می‌دهد تا با روشی جدید با فرزندان خود ارتباط برقرار کند.

وی گفت: «من ۱۵ سال پیش بازوی خود را از دست دادم بچه‌های من ۱۳ و ۱۰ سال هستند، بنابراین من هرگز آنها را با دست راست خود احساس نکرده‌ام. نمی‌دانم چه احساسی دارد وقتی دست راست من را می‌گیرند».

نقطه آغاز

Rogers دستگاه فعلی را به عنوان یک نقطه آغاز می‌بیند. وی گفت: «این نخستین تلاش ما برای سامانه‌ای از این نوع است. این ممکن است برای تعاملات اجتماعی، پزشکی بالینی و برنامه‌هایی که امروزه نمی‌توانیم تصور کنیم، بسیار فراتر از فرصت‌های بارز بازی و سرگرمی باشد».

او و Huang در حال حاضر در تلاشند دستگاه فعلی نازک‌تر و سبک‌تر شود. آنها همچنین قصد دارند از انواع مختلف محرک‌ها از جمله مواردی که می‌توانند احساس گرما و کشش ایجاد کنند، بهره‌برداری کنند. برای نمونه، با ورودی‌های حرارتی، فرد می‌تواند فنجان قهوه را از طریق نوک انگشتان پروتز حس کند.

گروه نورث وسترن معتقد است که چارچوب مهندسی کلی می‌تواند صدها محرک با ابعاد بسیار کوچکتر از اندازه مورد استفاده در حال حاضر را در خود جای دهد، که دارای قطر ۱۸ میلی‌متر و ضخامت ۲٫۵ میلی‌متر است.

درنهایت دستگاه‌ها می توانند به اندازه کافی نازک و انعطاف‌پذیر باشند که در لباس‌ها بکار روند. افراد دارای پروتز می‌توانند یک پیراهن واقعیت مجازی بپوشند که از طریق نوک انگشتان ارتباط برقرار می‌کند. و در کنار هدست‌های واقعیت مجازی، گیمرها می‌توانند لباس کامل واقعیت مجازی بپوشند تا کاملاً در مناظر خارق العاده غوطه‌ور شوند.

Rogers گفت: « در حال حاضر ما تنها از چشم و گوش خود به عنوان پایه و اساس تجربیات استفاده می‌کنیم. جامعه برای بهره‌برداری از بزرگترین اندام بدن (پوست) آهسته عمل کرده است. حس لامسه ما عمیق‌ترین و عاطفی‌ترین ارتباط بین افراد را فراهم می‌کند».


بیشتر بخوانیم:

>> پوست مصنوعی برای ربات ها، با الهام از سامانه های زیستی

>> پوستی مصنوعی که به قلقلک واکنش نشان می دهد

>> ساخت پوستی مصنوعی که موجب بهبود توانبخشی و واقعیت مجازی میشود


منبع: techxplore.com

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *