Технология, называемая iSoft, способна воспринимать в реальном времени или без задержки, а также может выполнять «мультимодальное» восприятие или обнаружение различных стимулов, таких как непрерывный контакт и растяжение во всех направлениях.«Новизна iSoft заключается в том, что для нее не требуется никакой проводки или электроники внутри материала», — сказал Картик Рамани, профессор машиностроения Дональда Феддерсена из Университета Пердью и директор лаборатории C-дизайна. «Платформа предоставляет возможность создавать и настраивать мягкие датчики. Даже если у вас нет профессиональных знаний в области электроники, вы можете изменять с ее помощью любой объект, в том числе объекты сложной формы».
Такие гибкие и пригодные для носки датчики разрабатываются для измерения и отслеживания движений тела, что усложняет задачу из-за многочисленных потенциальных искажений анатомии человека. Чтобы носимый датчик работал должным образом, он должен соответствующим образом деформироваться.В отличие от некоторых мягких сенсоров, разработанных ранее, iSoft может обрабатывать непрерывный контакт, а также может быть легко модифицирован для индивидуальных целей после изготовления.«Под непрерывным мы подразумеваем движение по поверхности, а также постоянное нажатие, например, рисование пером, чего трудно достичь», — сказал Рамани.
В датчике используется «пьезорезистивный эластомер», который при прикосновении изменяет электрическое сопротивление, которое обеспечивает данные измерения.«Мы предлагаем недорогой и простой способ изготовления таких мягких сенсоров на основе пьезорезистивного эластомера для мгновенного взаимодействия», — сказал он.Носимые технологии, такие как «умная» одежда, являются развивающимся рынком, о чем свидетельствуют недавние джинсы и куртка Levi’s, которые подключаются к другим устройствам и Интернету.Платформа iSoft перспективна для различных приложений, от искусственной кожи в робототехнике до мониторинга здоровья, спортивной медицины и тактильной одежды в качестве интерактивного интерфейса.
Технология включает электроимпедансную томографию, или метод EIT, для оценки изменений распределения сопротивления на датчике, вызванных кончиком пальца. В системе также используется разработанный группой алгоритм, называемый динамическим обновлением базовой линии для EIT, который компенсирует «эластичность отскока», которая обычно вызывает задержку сигнала, пока эластомер возвращается к своей исходной форме. Эти базовые обновления запускаются при обнаружении кончика пальца и обнаружения движения.«Кроме того, мы поддерживаем однонаправленное определение растяжения, используя подход, основанный на модели, который работает отдельно с постоянным обнаружением контакта», — сказал Рамани. «Мы также предоставляем пользователям программный инструментарий для разработки и развертывания персонализированных интерфейсов с индивидуализированным внешним видом.
Этот инструментарий настройки позволяет пользователям выполнять взаимодействия сразу после развертывания без каких-либо дополнительных процессов обучения».Команда проверила эффективность ощущения контакта и растяжения с помощью серии экспериментов и оценок.Датчик представляет собой тонкий резиновый лист с электродами по периферии. В нем используется материал, называемый силиконовой резиной с углеродным наполнением, нетоксичный пьезорезистивный материал, который широко использовался в исследованиях для различных типов недорогих датчиков.
«Однако ограничения во взаимодействиях были в основном из-за упругости материала отскока, что вызывает медленное восстановление сигналов считывания после деформации материала», — сказал Рамани.Процесс динамического обновления базовой линии решает эту проблему, в то время как метод электроимпедансной томографии позволяет изготавливать датчики «однообъемным способом» или с использованием электродов только на периферии материала, устраняя необходимость в инвазивных проводах и датчиках внутри материал.«Мы проверили точность системы и оценили производительность пользователей.
В ближайшее время наша работа принесет пользу специалистам по взаимодействию с компьютером и начинающим производителям, которые хотят создавать свои собственные функциональные мягкие сенсоры без глубоких знаний обработки материалов или дорогостоящего производственного оборудования. ", — сказал Рамани. «Можно разработать множество будущих приложений для носимых устройств, а также сделать объекты интерактивными, или это можно будет использовать с существующими потребительскими товарами в качестве оболочки».Автор статьи Рамани; Юн; докторант Кэ Хо; научный сотрудник постдокторантуры Юнбо Чжан; аспирант Гуймин Чен; и докторанты Луис Паредес и Субраманиан Чидамбарам.Патент был подан Управлением коммерциализации технологий Purdue Research Foundation. Работа была частично поддержана Национальным научным фондом, Национальной инициативой по робототехнике и грантом NSF IGERT в области экологически чистой электроники.
Результаты исследования подробно описаны в документе, представленном на симпозиуме ACM по программному обеспечению и технологиям пользовательского интерфейса (UIST) 22-25 октября в Квебеке, Канада. Докторант Purdue Сан Хо Юн представит доклад 25 октября.
Видео на YouTube доступно по адресу https://www.youtube.com/watch?v=7fNbM-lrX-E.