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May 29, 2023

El toque informado de los tejidos inteligentes puede indicarle adónde ir

Los dispositivos personales alimentan nuestra vista y oído con flujos de información prácticamente ilimitados, mientras dejan nuestro sentido del tacto prácticamente... intacto. Un dispositivo portátil de base textil desarrollado por Rice

Los dispositivos personales alimentan nuestra vista y oído con flujos de información prácticamente ilimitados, mientras dejan nuestro sentido del tacto prácticamente... intacto.

Un dispositivo portátil de base textil desarrollado por ingenieros de la Universidad Rice podría ayudar a ordenar, mejorar y, en el caso de discapacidades, compensar las deficiencias en las entradas visuales y auditivas aprovechando este recurso sensorial infrautilizado.

"La tecnología ha tardado en incorporar la háptica o la comunicación basada en el sentido del tacto", dijo Barclay Jumet, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica y autor principal de un estudio publicado en Device. "De las tecnologías que han incorporado hápticos, los dispositivos portátiles a menudo todavía requieren hardware externo voluminoso para proporcionar señales complejas, lo que limita su uso en las actividades diarias".

El sistema de accesorios hápticos construido por los laboratorios Rice de Daniel Preston y Marcia O'Malley reduce la necesidad de hardware al programar señales hápticas en la estructura textil de los dispositivos portátiles mediante control fluídico, basándose en un enfoque descrito en trabajos anteriores.

"Con un sistema de control tradicional que utiliza voltaje y corriente, normalmente se necesitarían muchas entradas electrónicas para lograr señales hápticas complejas", dijo Preston, profesor asistente de ingeniería mecánica en Rice cuyo laboratorio explora la intersección de energía, materiales y fluidos. "En este dispositivo, hemos descargado gran parte de esa complejidad al controlador de fluidos y solo requerimos una cantidad muy limitada de entradas electrónicas para proporcionar una estimulación háptica sofisticada".

Compuestos por un cinturón y fundas textiles, los dispositivos portátiles se basan en señales fluídicas, como presiones y tasas de flujo, para controlar la entrega de señales hápticas complejas, incluidas sensaciones como vibración, golpeteo y compresión. Un pequeño y liviano tanque de dióxido de carbono fijado al cinturón alimenta circuitos herméticos incorporados en los textiles termosellables, lo que hace que bolsas de un cuarto de tamaño (hasta seis en cada manga) se inflen con diferentes fuerzas y frecuencias.

En un experimento que demostró la utilidad del dispositivo para la navegación en el mundo real, estas señales sirvieron como direcciones que guiaban a un usuario en una ruta de una milla de largo por las calles de Houston. En otro experimento, un usuario delineó piezas invisibles de Tetris en un campo siguiendo las instrucciones que les transmitían a través de los textiles hápticos.

"El cinturón incorpora una versión reducida del sistema de control electrónico que de otro modo podría ser necesario", dijo Jumet. “En este caso, teníamos doce bolsas en dos mangas que se inflaban progresivamente para indicar una de cuatro direcciones: adelante, atrás, izquierda o derecha. Entonces, en lugar de requerir doce entradas electrónicas, integramos esa complejidad en la funda y podemos usar solo cuatro entradas, una reducción de dos tercios.

“En el futuro, esta tecnología podría integrarse directamente con los sistemas de navegación, de modo que los propios textiles que componen la ropa puedan indicar a los usuarios qué camino tomar sin sobrecargar sus ya sobrecargados sentidos visuales y auditivos, por ejemplo, al tener que consultar un mapa o Escuche a un asistente virtual”.

Además, el dispositivo textil portátil podría incorporar otros mecanismos de detección y control para permitir a los usuarios con visión o audición limitada detectar obstáculos y navegar en entornos dinámicos en tiempo real.

"Dispositivos como este podrían ser útiles, por ejemplo, para personas que sufren pérdida auditiva", afirmó O'Malley, presidente del Departamento de Ingeniería Mecánica y profesor de la familia Thomas Michael Panos en Ingeniería Mecánica, Ingeniería Eléctrica e Informática, Bioingeniería e Informática. Ciencia en Rice.

Los implantes cocleares pueden restaurar la percepción del habla en personas con pérdida auditiva grave, pero la literatura muestra que estas personas todavía tienen dificultades para comprender el habla en entornos ruidosos y pueden experimentar dificultades para localizar las fuentes de los sonidos. La retroalimentación háptica tiene el potencial de mejorar el rendimiento del implante coclear o facilitar la lectura de los labios a los pacientes.

"Tendrá un mejor reconocimiento e interpretación de los sonidos procesados ​​por el implante coclear si se refuerzan con señales hápticas que transmitan la misma información codificada de una manera diferente", dijo O'Malley.

Otro ejemplo de aplicación es restaurar el sentido del tacto en un amputado mediante la incorporación de sensores en una prótesis para recopilar datos que los dispositivos portátiles podrían transmitir como retroalimentación háptica en otras partes del cuerpo.

"La retroalimentación háptica experimentada por el usuario estaría en este caso directamente correlacionada con las acciones que está realizando", dijo O'Malley, quien dirige el Laboratorio de Mecatrónica e Interfaces Hápticas en Rice. “Una de las grandes ventajas de utilizar estos textiles inteligentes para dispositivos hápticos es que aportan mucha más libertad y flexibilidad al espacio de diseño. Ya no estamos limitados por el tamaño o la geometría de los componentes que deben incorporarse a un diseño”.

Los textiles termosellables son resistentes al desgaste, lo que hace que el dispositivo sea adecuado para un uso diario intensivo.

"Probamos la durabilidad de nuestros textiles hápticos lavando un dispositivo 25 veces, luego cortándolo con un cuchillo y planchando un parche textil sobre el corte", dijo Jumet. "Siguió funcionando según lo previsto después de repetidos lavados, cortes y reparaciones".

Jumet expresó la esperanza de que, además de servir como base para aplicaciones médicamente útiles, los textiles hápticos puedan "permitir un mundo más inmersivo y perfectamente conectado".

"En lugar de un reloj inteligente con simples señales vibratorias, ahora podemos imaginar una 'camisa inteligente' que dé la sensación de una mano acariciando o un golpe suave en el torso o el brazo", dijo. "Las películas, los juegos y otras formas de entretenimiento ahora podrían incorporar el sentido del tacto, y la realidad virtual puede ser más cómoda durante períodos de tiempo más largos". La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias (1830146, 2144809, 1842494), la Rice Academia Universitaria de Becarios y el Programa Gates Millennium Scholars.

“Tejidos hápticos portátiles programados de forma fluida” | Dispositivo | DOI: 10.1016/j.device.2023.100059 Autores: Barclay Jumet, Zane Zook, Anas Yousaf, Anoop Rajappan, Doris Xu, Te Yap, Nathaniel Fino, Zhen Liu, Marcia O'Malley y Daniel Prestonhttps://doi.org/10.1016 /j.dispositivo.2023.100059

URL del vídeo: https://youtu.be/6KHVXg1R0Y8 (vídeo de Brandon Martin/Rice University)

https://news-network.rice.edu/news/files/2023/08/829_Wearable-Haptics_researchers_Lg.jpg TÍTULO: Marcia O'Malley (de izquierda a derecha), Barclay Jumet y Daniel Preston desarrollaron un dispositivo textil portátil que puede ofrecer funciones complejas señales hápticas en tiempo real para los usuarios en movimiento. (Foto de Brandon Martin/Rice University)https://news-network.rice.edu/news/files/2023/08/230824_Wearable-Haptic-Feedback-Mechanical-Engineering_Martin-88.jpg TÍTULO: Barclay Jumet es el autor principal de un estudio publicado en Device. (Foto de Brandon Martin/Universidad Rice)

La tecnología manos libres agrega una sensación realista del tacto en la realidad extendida: https://news.rice.edu/news/2023/hands-free-tech-adds-realistic-sense-touch-extended-reality Los dispositivos portátiles dan un paso "lógico" hacia el control a bordo: https://news.rice.edu/news/2022/wearables-take-logic-step-toward-onboard-control Los ingenieros de Rice se familiarizan con las arañas 'necrobóticas': https://news.rice. edu/noticias/2022/los-ingenieros-del-arroz-captan-arañas-necrobóticas

Alimentar un 'brazo' con aire podría ser muy útil: https://news.rice.edu/news/2022/powering-arm-air-could-be-mighty-handy Rice fue elegida para desarrollar 'cascos inteligentes' impresos en 3D para los militares: https://news.rice.edu/news/2021/rice-tapped-develop-3d-printed-smart-helmets-military

Laboratorio de Innovación de Preston: https://pi.rice.edu Laboratorio de Mecatrónica e Interfaces Hápticas: https://mahilab.rice.edu/ Departamento de Ingeniería Mecánica: https://mech.rice.edu Escuela de Ingeniería George R. Brown : https://engineering.rice.edu/

Ubicada en un campus boscoso de 300 acres en Houston, la Universidad Rice está constantemente clasificada entre las 20 mejores universidades del país según US News & World Report. Rice cuenta con escuelas muy respetadas de Arquitectura, Negocios, Estudios Continuos, Ingeniería, Humanidades, Música, Ciencias Naturales y Ciencias Sociales y es sede del Instituto Baker de Políticas Públicas. Con 4.552 estudiantes universitarios y 3.998 estudiantes de posgrado, la proporción de estudiantes universitarios por docente de Rice es de poco menos de 6 a 1. Su sistema de colegios residenciales construye comunidades muy unidas y amistades para toda la vida, solo una de las razones por las que Rice ocupa el puesto número 1 por su gran interacción entre raza y clase y el número 4 por calidad de vida según Princeton Review. Rice también está calificada como la de mejor valor entre las universidades privadas por Kiplinger's Personal Finance.