Wetenschappers van EPFL en ETH Zürich hebben een ultralichte handschoen ontwikkeld – met een gewicht van minder dan 8 gram per vinger – waarmee gebruikers virtuele objecten kunnen voelen en manipuleren. Hun systeem biedt uiterst realistische haptische feedback en kan op een batterij werken, voor ongeëvenaarde bewegingsvrijheid.

Ingenieurs en softwareontwikkelaars over de hele wereld proberen technologie te creëren waarmee gebruikers elkaar kunnen aanraken, virtuele objecten grijpen en manipuleren, terwijl ze het gevoel hebben dat ze iets in de echte wereld aanraken.

Wetenschappers van EPFL en ETH Zürich hebben zojuist een grote stap gezet in de richting van dit doel met hun nieuwe haptische handschoen, die niet alleen lichtgewicht is - minder dan 8 gram per vinger - maar ook feedback geeft die extreem realistisch is. De handschoen kan tot 40 Newton houdkracht op elke vinger genereren met slechts 200 Volt en slechts een paar milliWatt vermogen. Het heeft ook het potentieel om op een zeer kleine batterij te werken. Dat, samen met de lage vormfactor van de handschoen (slechts 2 mm dik), vertaalt zich in een ongekend niveau van precisie en bewegingsvrijheid.

"We wilden een lichtgewicht apparaat ontwikkelen dat - in tegenstelling tot bestaande virtual reality-handschoenen - geen omvangrijk exoskelet nodig heeft, pompen of zeer dikke kabels, " zegt Herbert Shea, hoofd van EPFL's Soft Transducers Laboratory (LMTS).

De handschoen van de wetenschappers, genaamd DextrES, is met succes getest op vrijwilligers in Zürich en zal worden gepresenteerd op het komende ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST).

Kleding stof, metalen strips en elektriciteit

DextrES is gemaakt van nylon met dunne elastische metalen strips die over de vingers lopen. De stroken worden gescheiden door een dunne isolator. Wanneer de vingers van de gebruiker in contact komen met een virtueel object, de controller past een spanningsverschil toe tussen de metalen strips waardoor ze aan elkaar blijven kleven via elektrostatische aantrekking - dit produceert een remkracht die de beweging van de vinger of duim blokkeert. Zodra de spanning is verwijderd, de metalen strips glijden soepel en de gebruiker kan zijn vingers weer vrij bewegen.

Je hersenen voor de gek houden

Voorlopig wordt de handschoen gevoed door een zeer dunne elektrische kabel, maar dankzij de lage spanning en het benodigde vermogen, een zeer kleine batterij zou uiteindelijk in plaats daarvan kunnen worden gebruikt. "Het lage energieverbruik van het systeem is te wijten aan het feit dat het geen beweging creëert, maar blokkeert één", legt Shea uit. De onderzoekers moeten ook tests uitvoeren om te zien hoe nauwkeurig ze de werkelijke omstandigheden moeten simuleren om gebruikers een realistische ervaring te geven. "Het menselijke sensorische systeem is sterk ontwikkeld en zeer complex. We hebben veel verschillende soorten receptoren met een zeer hoge dichtheid in de gewrichten van onze vingers en ingebed in de huid. Als gevolg hiervan, het geven van realistische feedback bij interactie met virtuele objecten is een zeer veeleisend probleem en is momenteel onopgelost. Ons werk gaat een stap in deze richting, met name gericht op kinesthetische feedback, " zegt Otmar Hilliges, hoofd van het Advanced Interactive Technologies Lab aan de ETH Zürich.

In dit gezamenlijke onderzoeksproject de hardware is ontwikkeld door EPFL op de Microcity-campus in Neuchâtel, en het virtual reality-systeem is gemaakt door ETH Zürich, die ook de gebruikerstesten heeft uitgevoerd.

"Onze samenwerking met het EPFL-lab is een zeer goede match. Het stelt ons in staat om enkele van de al lang bestaande uitdagingen in virtual reality aan te pakken in een tempo en diepte die anders niet mogelijk zou zijn, ", voegt Hilliges toe.

De volgende stap is om het apparaat op te schalen en met geleidende stof op andere delen van het lichaam aan te brengen. "Gamers zijn momenteel de grootste markt, maar er zijn veel andere potentiële toepassingen – vooral in de gezondheidszorg, zoals voor het opleiden van chirurgen. De technologie kan ook worden toegepast in augmented reality, ' zegt Shea.