CUTE Wearables kan snart ændre vores interaktioner med forbrugerprodukter

Et team af innovative ingeniører fra Zürich har for nylig præsenteret et nyt haptisk sensorsystem, der kan revolutionere, hvordan folk kommunikerer med elektronik. I årevis har elektronik været afhængig af et enkelt eller dobbelttrins aktuatorbaseret haptisk system. Tænk på summen fra din telefon, når du har slået lydløs tilstand til. CUTE wearables planlægger at udvide disse muligheder og skabe elektronik, der udnytter din hud som kommunikationsmedium.

Wearables, spil og anden elektronik udnytter haptisk feedback til at give dig besked om bestemte forhold. Den mest almindelige metode til at levere haptisk feedback i elektronik er at bruge aktuatorer. Disse små motorer kan tændes og slukkes for at give vibrationer efter behov.

Denne tilgang er effektiv til at give dig besked, men udnytter ikke det faktum, at huden er det største organ i din krop. Den er fyldt med sensoriske receptorer og kan skelne mellem et blidt tap og et knib. Som sådan strækker hudens perceptuelle evner sig langt ud over den simple vibration, din telefon laver, når du får et opkald. Efter at have erkendt en mistet mulighed, har ingeniørerne sat sig for at skabe en haptisk sensor, der kan håndtere flere typer af interaktioner.

CUTE Wearables Studie

Studiet “Cutaneous Electrohydraulic (CUTE) Wearable Devices for Pleasant Broad-Bandwidth Haptic Cues”¹ blev offentliggjort i Advanced Science denne måned. Studiet går i dybden med konceptet om at bruge hydraulisk forstærkede selvhelbredende elektrostatiske (HASEL) kunstige muskler til at skabe mere kapable haptiske enheder.

CUTE wearables kan gøre mere end at levere den irriterende summen, der findes i nutidens elektronik. Studiet demonstrerer en systemarkitektur og en ny wearable, der tilbyder flere taktile fornemmelser, herunder klemning, tapning, gnidning og mere.

Kilde – Advanced Science

Den elektrisk drevne sensor kan kommunikere et stort udvalg af fornemmelser, som viste sig at være mere behagelige end den traditionelle summen. Forestil dig for eksempel at sende nogen et knib på sociale medier, og at de pludselig føler det i virkeligheden. Tag nu konceptet et skridt videre og forestil dig at dele din hjerteslag med en elsket på tværs af planeten.

Blød Aktuator

For at skabe en realistisk og livagtig berøringsfornemmelse brugte ingeniørerne bløde elektrohydrauliske zip-aktuatorer. Enhederne benytter en væske-dielectric-fyldt termoplastisk skal, som gør dem fleksible. På hver side af skallen får elektroderne overfladen til at deformere og ændre sig, når strøm påføres, og de zipper mod midten af enheden. Specifikt opnåede teamet et aktueringsslag på 2,44 mm.

Bemærkelsesværdigt udnytter CUTE wearables en stak på ti aktuatorposer for at forbedre aktueringskraft og -kapaciteter. De kompakte aktuatorer er energieffektive og gør det muligt for enheden at tilpasse haptisk feedback til at opfylde et bredt udvalg af krav.

CUTE Wearables Test

Ingeniørerne testede deres CUTE wearable-enhed på tværs af en række målinger. Teamet begyndte med at samle 14 uafhængige deltagere for at teste genkendeligheden af hver haptisk fornemmelse. Gruppen bestod af 7 kvinder og 7 mænd i alderen 22 til 52 år.

Hver deltager blev placeret i en komfortabel stol. Deres ikke-dominante hånd blev lagt på en armlæn, og en skærm, trådløs mus og støjreducerende hovedtelefoner blev brugt til at overdøve eventuelle ydre forstyrrelser. Ingeniørerne begyndte derefter at kommunikere ved hjælp af haptisk feedback.

Efter hver cue blev deltagerne bedt om at bestemme, hvilket spændingsmønster der bedst matchede den haptiske feedback. I alt blev seks haptiske cues brugt med frekvenser fra 0–200 Hz. Hver cue varede cirka 6 s.

Efter at have hørt cue’en valgte deltageren, hvordan den føltes på et følelsesmæssigt diagram. Denne del af testen hjalp ingeniørerne med at fastslå, at CUTE wearables giver en komfortabel oplevelse. Bemærkelsesværdigt var den eneste haptiske feedback, der blev vurderet som irriterende, den traditionelle, som findes i din mobiltelefon.

CUTE Wearables Testresultater

Testresultaterne var imponerende. Ingeniørerne fandt, at 97,9 % af deltagerne kunne nøjagtigt bestemme hver af de seks cues med minimal indsats. Bemærkelsesværdigt opnåede seks af de testede en perfekt score, hvilket betyder, at de kunne kommunikere forskellige fornemmelser fra afslapning til spænding ved hjælp af enheden. Imponerende var, at enheden kunne generere kræfter på over 2,3 N ved afstande på +8,0 mm.

CUTE Wearables Fordele

Mange fordele kan gøre et mere komplekst og kapabelt haptisk system til en game changer. Forestil dig at kunne fortælle, hvem der ringer, uden at kigge, baseret på vibration eller fornemmelse fra sensoren. Evnen til at levere forskellige taktile fornemmelser giver ingeniører mulighed for at skabe mere immersive og hjælpsomme applikationer.

Kompakt

En anden væsentlig grund til, at mange ser denne forskning som afgørende for at skabe morgendagens elektronik, er, at de fleste haptiske systemer i dag er afhængige af tunge aktuatorer. Dette krav begrænser størrelsen på elektronik, der kan levere haptisk feedback, og øger deres samlede vægt. CUTE wearables-arkitekturen eliminerer dette problem ved at skabe en tilpasset kompakt feedback-sensor, der kan understøtte de mindste wearables.

Komfortabel

Komfort er en af de vigtigste ting, som mange wearable-ingeniører ser ud til at glemme. Ingen vil være ubehagelige hele dagen, selvom det betyder, at de kan tage opkald fra deres håndled. CUTE wearables har et ergonomisk design og materialer, der er udformet til at føles som menneskelig hud. Derudover varmer disse enheder ikke op, selv efter længerevarende brug. Som sådan er de ideelle til langvarige wearables og andre applikationer, hvor letvægtsløsninger er de bedste.

Stille

En anden stor fordel ved CUTE wearables er, at de er designet til at være stille. Din telefon kan være i lydløs tilstand, men alle kan høre vibrationerne i din lomme. Derudover er du stadig nødt til at tage den frem for at se, hvem der ringer, eller kigge på dit smartwatch. CUTE wearables ville fjerne dette mysterium ved at lade dig skabe speciel haptisk feedback for hver opkalder. Denne tilgang giver ekstra diskretion, når det er nødvendigt.

Sikker

Sikkerhed er den primære bekymring for CUTE wearable-brugere og -udviklere. Disse enheder indeholder en række designelementer og beskyttelse for at sikre, at du ikke behøver at bekymre dig om elektrisk stød, brand eller andre mulige risici. For eksempel integrerer CUTE wearables en elastomerisk membran og udnytter aktuatorindkapsling for at forhindre fare for brugeren. Derudover bruger enheden kun lavmodstandselektroder, hvilket yderligere reducerer risikoen for stød.

Energieffektiv

En af de største fordele ved CUTE wearable-teknologi er dens energieffektivitet. Enheden, der blev testet, viste, at den kun krævede 3,0 mW ved at holde en udvidet position. Dette lave energiforbrug betyder, at flere aktuatorer kan anvendes i projekter. Derudover har CUTE wearables længere batterilevetid, hvilket gør dem ideelle til næste generations wearables, der er klar til at komme på markedet i de kommende måneder.

CUTE Wearables Anvendelser

Ud over at kunne drive letvægts-wearable-systemer, der kan tilbyde flere taktile svar og kommunikation, er der flere andre anvendelser, som denne teknologi kan forbedre. For eksempel kan teknologien integreres i VR- og AR-systemer for at øge realismen.

Den kan også fungere som en måde at give ikke-visuelle retninger til førere eller endda synshandicappede. Forestil dig, at din smarte wearable tapper dig på højre side af håndleddet for at indikere, at du skal gå til højre, eller klemmer dit håndled, så du ved, at du nærmer dig den ønskede udgang.

Sikkerhedssystemer

Et andet anvendelsestilfælde kunne være at skabe sikkerhedsadvarselssystemer, der inkluderer taktil feedback. Disse systemer ville være ideelle i travle og støjende miljøer, der kræver overvågning af komplekse målinger. I fremtiden kunne et enkelt knib på håndleddet give en sikkerhedsinspektør besked om, at de skal lukke en ventil eller udføre andre handlinger.

CUTE Wearables Forskere

Forskningen for CUTE wearables-studiet blev udført på Max Planck Instituttet for Intelligente Systemer. Specifikt blev Haptic Intelligence-afdelingen sat til at gøre enheden funktionel. De benyttede assistance fra Katherine J. Kuchenbecker samt Robotic Materials-afdelingen. Nu søger teamet at udvide deres skabelse og se, hvilke andre anvendelsestilfælde der kan opnås.

Virksomheder, der kan introducere CUTE Wearables-teknologi og drage fordel

Flere virksomheder kunne drage fordel af detaljerne i dette studie. Fra smartwatch- og telefonproducenter til smarte bil- og tøjfabrikker er der mange anvendelsestilfælde for denne teknologi. Her er en virksomhed, der kunne opnå umiddelbare fordele ved integration.

Garmin

Garmin (GRMN ) gik ind på markedet som leverandør af navigationssystemer i 1989. Oprindeligt kaldet ProNAV, startede virksomhedens grundlæggere, Gary Burrell og Min Kao, med fokus på luftfarts- og maritim aktivitet. Ti år senere var deres teknologi avanceret nok til at være levedygtig i håndholdte enheder til den gennemsnitlige bilist.

Garmon er en førende GPS-udbyder og et af de mest kendte navne i branchen. Den har udvidet sine tilbud til at omfatte wearables, fitness-trackere, hunde-trackere og meget mere. Integration af et CUTE wearables-feedbacksystem kunne åbne døren for mere kapable og brugervenlige enheder.

Bemærkelsesværdigt har Garmin foretaget flere store opkøb siden lanceringen. Hvert opkøb har tilføjet til virksomhedens wearables-kapaciteter. Som følge heraf er den i dag blandt de top 3 smartwatch-producenter i verden. Derfor forudsiger analytikere, at virksomheden vil opleve fortsat vækst, efterhånden som wearables-markedet udvides.

CUTE Wearables – En Ny Måde at Kommunikere

CUTE wearables-konceptet er en betydelig opgradering af et system, der ikke har set meget forandring i årtier. Tænk på det, personsøgere havde en lignende vibrationsfunktion som nutidens mest avancerede smartphones. Takket være dette geniale forskerteam kan dine elektronik snart sende diskrete, komplekse og let genkendelige meddelelser til dig, kun ved hjælp af berøring.

Lær om andre seje teknologiprojekter nu.

Studie Reference:

^{1. Sanchez-Tamayo, N., Yoder, Z., Rothemund, P., Ballardini, G., Keplinger, C., & Kuchenbecker, K. J. (2024). Cutaneous elektrohydrauliske (CUTE) wearable-enheder for behagelige bredbåndshaptiske signaler. Advanced Science, 11(48), 2402461. https://doi.org/10.1002/advs.202402461}