EPFL-wetenschappers hebben een zachte kunstmatige huid ontwikkeld die haptische feedback geeft en, dankzij een geavanceerd zelfdetectiemechanisme, het potentieel heeft om zich onmiddellijk aan te passen aan de bewegingen van een drager. Toepassingen voor de nieuwe technologie variëren van medische revalidatie tot virtual reality. Kunsthuid kan helpen bij revalidatie en virtual reality verbeteren.

Net als onze zintuigen van horen en zien, onze tastzin speelt een belangrijke rol in hoe we de wereld om ons heen waarnemen en ermee omgaan. En technologie die onze tastzin kan nabootsen, ook wel haptische feedback genoemd, kan de mens-computer- en mens-robotinterfaces aanzienlijk verbeteren voor toepassingen zoals medische revalidatie en virtual reality.

Wetenschappers van EPFL's Reconfigurable Robotics Lab (RRL), onder leiding van Jamie Paik, en laboratorium voor zachte bio-elektronische interfaces (LSBI), onder leiding van Stéphanie Lacour aan de School of Engineering, hebben samengewerkt om een ​​zachte, flexibele kunsthuid gemaakt van siliconen en elektroden. Beide labs zijn onderdeel van het NCCR Robotics programma.

Het huidsysteem van zachte sensoren en actuatoren stelt de kunsthuid in staat zich aan te passen aan de exacte vorm van de pols van een drager, bijvoorbeeld, en haptische feedback geven in de vorm van druk en trillingen. Spanningssensoren meten continu de vervorming van de huid, zodat de haptische feedback in realtime kan worden aangepast om een ​​zo realistisch mogelijk tastgevoel te produceren. Het werk van de wetenschappers is zojuist gepubliceerd in Soft Robotics.

"Dit is de eerste keer dat we een volledig zachte kunsthuid hebben ontwikkeld waarin zowel sensoren als actuatoren zijn geïntegreerd, " zegt Harshal Sonar, hoofdauteur van de studie. "Dit geeft ons closed-loop controle, wat betekent dat we de trillingsstimulatie die door de gebruiker wordt gevoeld nauwkeurig en betrouwbaar kunnen moduleren. Dit is ideaal voor draagbare toepassingen, zoals voor het testen van de proprioceptie van een patiënt in medische toepassingen."

Haptiek ingeklemd tussen siliconenlagen

De kunsthuid bevat zachte pneumatische actuatoren die een membraanlaag vormen die kan worden opgeblazen door er lucht in te pompen. De actuatoren kunnen worden afgestemd op verschillende drukken en frequenties (tot 100 Hz, of 100 impulsen per seconde). De huid trilt wanneer de membraanlaag snel wordt opgeblazen en leegloopt. Een sensorlaag zit bovenop de membraanlaag en bevat zachte elektroden gemaakt van een vloeibaar-vast galliummengsel. Deze elektroden meten continu de vervorming van de huid en sturen de gegevens naar een microcontroller, die deze feedback gebruikt om het gevoel te verfijnen dat naar de drager wordt overgebracht als reactie op de bewegingen van de drager en veranderingen in externe factoren.

De kunsthuid kan tot wel vier keer de oorspronkelijke lengte worden uitgerekt tot wel een miljoen cycli. Dat maakt het bijzonder aantrekkelijk voor een aantal real-world toepassingen. Voorlopig hebben de wetenschappers het op de vingers van gebruikers getest en zijn ze nog steeds bezig met het verbeteren van de technologie.

"De volgende stap zal zijn om een ​​volledig draagbaar prototype te ontwikkelen voor toepassingen in revalidatie en virtual en augmented reality, ", zegt Sonar. "Het prototype zal ook worden getest in neurowetenschappelijke studies, waar het kan worden gebruikt om het menselijk lichaam te stimuleren, terwijl onderzoekers dynamische hersenactiviteit bestuderen in magnetische resonantie-experimenten."