Het verbeteren van de virtuele ervaring met een echte aanraaksensatie is een hot topic. De huidige haptische apparaten zijn echter onhandig, en voorzien van kabels. Een onderzoekers van de City University of Hong Kong (CityU) heeft daarom een draadloos haptisch interfacesysteem ontwikkeld, WeTac, voor de metaverse.
Het systeem heeft toepassingsmogelijkheden in gaming, sport en vaardigheidstraining, sociale activiteiten en op afstand bestuurbare robotbesturingen. “Aanrakingsfeedback heeft een groot potentieel, samen met visuele en auditieve informatie, in virtual reality (VR), dus we wilden de haptische interface dunner, zachter, compacter en draadlos te maken, zodat deze vrijelijk in de hand kon worden gebruikt, als een tweede huid”, zegt dr. Yu Xinge, universitair hoofddocent bij de afdeling Biomedische Technologie (BME) van CityU, die het onderzoek leidde.
Samen met professor Li Wenjung, voorzitter van de afdeling Werktuigbouwkunde (MNE), dr. Wang Lidai, universitair hoofddocent bij de afdeling Biomedische Technologie (BME) en andere medewerkers, ontwikkelde het team van dr. Yu WeTac, een ultraflexibele, draadloze, geïntegreerd skin VR-systeem. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Machine Intelligence als coverartikel, getiteld “Encoding of tactile information in hand via skin-integrated wireless haptic interface”.
Bestaande haptische handschoenen maken meestal gebruik van omvangrijke pompen en luchtkanalen, aangedreven en bestuurd door snoeren en kabels, die de immersive ervaring van VR- en augmented reality (AR)-gebruiker in de weg staan. De nieuw ontwikkelde WeTac moet deze tekortkomingen overwinnen met zijn zachte, ultradunne draadloze elektrotactiele systeem.
Het systeem bestaat uit twee delen: een geminiaturiseerde zachte drivereenheid, bevestigd aan de onderarm als bedieningspaneel, en een op hydrogel gebaseerde elektrode-handpatch als een haptische interface.
De gehele drivereenheid weegt slechts 19,2 g en is klein (5 cm x 5 cm x 2,1 mm) genoeg om op de arm te worden gemonteerd. Het maakt gebruik van Bluetooth low energy (BLE) draadloze communicatie en een kleine oplaadbare lithium-ionbatterij. De handpleister is slechts 220 µm tot 1 mm dik, met elektroden op de handpalm. Het vertoont een grote flexibiliteit en garandeert effectieve feedback in verschillende poses en gebaren.
“Elektrotactiele stimulatie is een goede methode om gebruikers een effectieve virtuele aanraking te bieden”, legt dr. Yu uit. “Omdat individuen echter verschillende gevoeligheden hebben, kan dezelfde feedbackkracht anders worden gevoeld in de handen van verschillende gebruikers. We moeten dus de feedbackparameters dienovereenkomstig aanpassen om alle gebruikers een universeel hulpmiddel te bieden om een ander groot knelpunt in de huidige haptische technologie te elimineren.”
Dankzij de ultrazachte functie van WeTac kunnen de drempelstromen eenvoudig in kaart worden gebracht voor individuele gebruikers om de geoptimaliseerde parameters voor elk deel van de hand te bepalen. Op basis van de gepersonaliseerde drempelgegevens kan op verzoek elektrotactiele feedback worden gegeven aan elk deel van de hand in een geschikt intensiteitsbereik om pijn te voorkomen of te zwak te zijn om gevoeld te worden. Op deze manier kan virtuele tactiele informatie, inclusief ruimtelijke en temporele sequenties, getrouw worden gereproduceerd over de hele hand.
De WeTac-patches worden op de handen gedragen om programmeerbare spatio-temporele feedbackpatronen te bieden, met 32 elektrotactiele stimulatiepixels op de handpalm in plaats van alleen de vingertoppen. De gemiddelde hart-op-hart afstand tussen de elektroden is ongeveer 13 mm, wat zorgt voor een brede dekking over de hele hand.
Het apparaat heeft verschillende ingebouwde veiligheidsmaatregelen om gebruikers te beschermen tegen elektrische schokken, en de temperatuur van het apparaat wordt binnen een relatief laag bereik van 27 tot 35,5 °C gehouden om thermisch ongemak tijdens continu gebruik te voorkomen.
WeTac is met succes geïntegreerd in VR- en AR-scenario’s en gesynchroniseerd met robothanden via BLE-communicatie. Met het miniatuurformaat, het draagbare en draadloze formaat en de op gevoeligheid gerichte feedbackstrategie, maakt WeTac tactiele feedback in de hand veel gemakkelijker en gebruiksvriendelijker. Gebruikers kunnen virtuele objecten voelen in verschillende scenario’s, zoals het grijpen van een tennisbal tijdens sporttraining, het aanraken van een cactus of het voelen van een muis die over de hand loopt bij sociale activiteiten, virtueel gamen, enz.
“Wij geloven dat dit een krachtige tool is voor virtuele aanrakingen en inspirerend is voor de ontwikkeling van de metaverse, mens-machine-interface (HMI) en andere gebieden”, aldus dr. Yu.
Foto: City University of Hong Kong
