Door het sluwe gebruik van magnetische velden, wetenschappers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en de Johannes Kepler Universiteit in Linz hebben de eerste elektronische sensor ontwikkeld die gelijktijdig zowel aanrakingsloze als tactiele prikkels kan verwerken. Eerdere pogingen zijn er tot nu toe niet in geslaagd om deze functies op een enkel apparaat te combineren vanwege overlappende signalen van de verschillende stimuli. Omdat de sensor gemakkelijk op de menselijke huid kan worden aangebracht, het zou een naadloos interactief platform kunnen bieden voor virtuele en augmented reality-scenario's. De onderzoekers hebben hun resultaten gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Het grootste menselijke orgaan - de huid - is waarschijnlijk het meest functioneel veelzijdige deel van het lichaam. Het is niet alleen in staat om binnen enkele seconden onderscheid te maken tussen de meest uiteenlopende stimuli, maar het kan ook de intensiteit van signalen classificeren over een breed bereik. Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Denys Makarov van HZDR's Institute of Ion Beam Physics and Materials Research en het Soft Electronics Laboratory onder leiding van prof. Martin Kaltenbrunner van de Linz University is erin geslaagd een elektronische tegenhanger met vergelijkbare kenmerken te produceren. Volgens de wetenschappers hun nieuwe sensor zou het samenspel tussen mens en machine enorm kunnen vereenvoudigen, zoals Denys Makarov uitlegt:"Toepassingen in virtual reality worden steeds complexer. We hebben daarom apparaten nodig die meerdere interactiemodi kunnen verwerken en onderscheiden."

De huidige systemen, echter, werken door alleen fysieke aanraking te registreren of door objecten contactloos te volgen. Beide interactiepaden zijn nu voor het eerst gecombineerd op de sensor, dat door de wetenschappers een "magnetisch micro-elektromechanisch systeem" (m-MEMS) is genoemd. "Onze sensor verwerkt de elektrische signalen van de contactloze en de tactiele interacties in verschillende regio's, ", zegt de eerste auteur van de publicatie, Dr. Jin Ge van HZDR, toevoegen, "en op deze manier, het kan de oorsprong van de prikkels in realtime onderscheiden en storende invloeden van andere bronnen onderdrukken." De basis voor dit werk is het ongebruikelijke ontwerp dat de wetenschappers hebben uitgewerkt.

Flexibiliteit op alle oppervlakken

Op een dunne polymeerfilm, ze maakten eerst een magnetische sensor, die is gebaseerd op wat bekend staat als de Giant Magneto Resistance (GMR). Deze film werd op zijn beurt verzegeld door een op silicium gebaseerde polymeerlaag (polydimethylsiloxaan) die een ronde holte bevat die ontworpen is om nauwkeurig te worden uitgelijnd met de sensor. Binnen deze leegte, de onderzoekers integreerden een flexibele permanente magneet met piramideachtige uiteinden die uit het oppervlak steken. "Het resultaat doet eerder denken aan huishoudfolie met optische verfraaiingen, ", merkt Makarov op. "Maar dit is precies een van de sterke punten van onze sensor." Zo blijft hij zo uitzonderlijk flexibel:hij past perfect in alle omgevingen. Zelfs onder gebogen omstandigheden, het werkt zonder zijn functionaliteit te verliezen. De sensor kan dus zeer eenvoudig worden geplaatst, bijvoorbeeld, op de vingertop.

Juist op deze manier testten de wetenschappers hun ontwikkeling. Jin Ge legt uit:"Op het blad van een madeliefje hebben we een permanente magneet bevestigd, waarvan het magnetische veld in de tegenovergestelde richting wijst van de magneet die aan ons platform is bevestigd." Terwijl de vinger dit externe magnetische veld nadert, de elektrische weerstand van de GMR-sensor verandert:hij daalt. Dit gebeurt tot het moment dat de vinger het blad daadwerkelijk aanraakt. Op dit moment, het stijgt abrupt omdat de ingebouwde permanente magneet dichter bij de GMR-sensor wordt gedrukt en zo het externe magnetische veld superponeert. "Dit is hoe ons m-MEMS-platform in seconden een duidelijke verschuiving van contactloze naar tactiele interactie kan registreren, ', zegt Jin-Ge.

Klik in plaats van klik, Klik, Klik

Hierdoor kan de sensor zowel fysieke als virtuele objecten selectief aansturen, zoals een van de experimenten van het team aantoont:op een glasplaat waarmee ze een permanente magneet hebben geleverd, de natuurkundigen projecteerden virtuele knoppen die reële omstandigheden manipuleren, zoals de kamertemperatuur of helderheid. Met behulp van een vinger waarop de "elektronische huid" was aangebracht, de wetenschappers konden eerst de gewenste virtuele functie touchless selecteren door interactie met de permanente magneet. Zodra de vinger de plaat raakte, het m-MEMS-platform schakelde automatisch over naar de tactiele interactiemodus. Lichte of zware druk kan dan worden gebruikt, bijvoorbeeld, om de kamertemperatuur dienovereenkomstig te verlagen of te verhogen.

De onderzoekers verminderden een activiteit die voorheen meerdere interacties vergde tot slechts één. "Dit klinkt in eerste instantie misschien als een kleine stap, ", zegt Martin Kaltenbrunner. "Op de lange termijn echter, op deze basis kan een betere interface tussen mens en machine worden gebouwd." Deze "elektronische huid" - naast virtual reality-ruimtes - zou ook kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, in steriele omgevingen. Chirurgen kunnen de sensoren gebruiken om medische apparatuur te hanteren zonder deze tijdens een procedure aan te raken, die het gevaar van besmetting zouden verminderen.