CUTE Wearables saattavat pian muuttaa vuorovaikutustamme kuluttajatuotteiden kanssa

Zurichista kotoisin oleva innovatiivinen insinööriyhteisö esitteli äskettäin uuden haptisen aistijärjestelmän, joka voisi mullistaa ihmisten tavan kommunikoida elektroniikan kanssa. Vuosien ajan elektroniikka on tukenut yksivaiheista tai kaksivaiheista toimilaitteisiin perustuvaa haptista järjestelmää. Ajattele puhelimesi värinää, kun se on äänettömällä tilalla. CUTE-wearable-laitteet aikovat laajentaa näitä ominaisuuksia ja tehdä elektroniikasta, joka hyödyntää ihoa viestintävälineenä.

Kannettavat laitteet, pelit ja muut elektroniikkatuotteet hyödyntävät haptista palautetta ilmoittaakseen sinulle tietyistä tilanteista. Yleisin tapa tarjota haptista palautetta elektroniikassa on käyttää toimilaitteita. Nämä pienet moottorit voidaan kytkeä päälle ja pois päältä antamaan tärinää tarpeen mukaan.

Tämä lähestymistapa on tehokas ilmoittamaan sinulle, mutta se ei hyödynnä sitä tosiasiaa, että iho on kehosi suurin elin. Se on täynnä aistireseptoreita ja pystyy erottamaan lempeän napautuksen ja puristuksen. Näin ollen ihon havaitsemiskyky ulottuu paljon pidemmälle kuin puhelimen yksinkertainen tärinä saapuessasi puheluun. Huomionarvoista on, että mennyt mahdollisuus on tunnistettu, ja insinöörit ovat ryhtyneet luomaan haptisen anturin, joka pystyy monenlaisiin vuorovaikutuksiin.

CUTE Wearables – Tutkimus

“Cutaneous Electrohydraulic (CUTE) Wearable Devices for Pleasant Broad-Bandwidth Haptic Cues”¹ -tutkimus julkaistiin Advanced Science -lehdessä tässä kuussa. Tutkimus käsittelee syvällisesti käsitettä, jossa hydraulisesti vahvistettu itseparantava elektrostaattinen (HASEL) keinolihakset käytetään luomaan kykenevämpiä haptisia laitteita.

CUTE-wearable-laitteet voivat tehdä enemmän kuin tarjota tänä päivänä yleistä ärsyttävää huminaa. Tutkimus esittelee järjestelmäarkkitehtuurin ja uuden kannettavan laitteen, joka tarjoaa useita taktiileja tuntemuksia, kuten puristamista, napauttamista, hieromista ja muuta.

Lähde – Advanced Science

Sähköisesti ohjattu anturi voi välittää valtavan valikoiman tuntemuksia, jotka koettiin miellyttävämmiksi kuin perinteinen humina. Esimerkiksi kuvittele lähettäväsi jollekin puristuksen sosiaalisessa mediassa, ja he tuntevat sen yhtäkkiä todellisessa elämässä. Nyt vie konsepti pidemmälle ja kuvittele jakavasi sydämenlyöntisi rakkaallesi koko planeetan yli.

Pehmeä toimilaite

Luodakseen realistisen ja elävän kosketustuntuman insinöörit hyödynsivät pehmeitä elektrohydraulisia nippu-toimilaitteita. Laitteet käyttävät nestemäisellä dielektrillä täytettyä termoplastista kuorta, mikä mahdollistaa niiden joustavuuden. Kuoren kummallakin puolella elektrodit aiheuttavat pinnan muodonmuutoksen, kun virtaa sovelletaan, nippu siirtyy kohti laitteen keskiosaa. Tiimille erityisesti onnistui 2,44 mm:n toimintamatka.

Erityisenä piirteenä CUTE-wearable hyödyntää kymmenen toimilaittepakettia pinona parantaakseen toiminta-energiaa ja -kykyjä. Pienikokoiset toimilaitteet ovat energiatehokkaita ja mahdollistavat laitteen räätälöidä haptisen palautteen vastaamaan laajaa vaatimusten kirjoa.

CUTE Wearables – Testi

Insinöörit testasivat CUTE-wearable-laitettaan monenlaisilla mittareilla. Tiimi aloitti keräämällä 14 satunnaista osallistujaa testaamaan kunkin haptisen tuntemuksen tunnistettavuutta. Ryhmä koostui 7 naisesta ja 7 miehestä, iältään 22–52 vuotta.

Jokainen osallistuja istuttiin mukavaan tuoliin. Heidän ei-dominantti kätensä asetettiin käsinojaan, ja näytön, langattoman hiiren sekä melua vaimentavien kuulokkeiden avulla poistettiin ulkopuoliset häiriöt. Insinöörit aloittivat sitten viestinnän haptisen palautteen avulla.

Jokaisen vihjeen jälkeen osallistujilta pyydettiin määrittämään, mikä jännitemalli vastaa parhaiten haptista palautetta. Yhteensä käytettiin kuutta haptista vihjettä, joiden taajuus vaihteli 0–200 Hz. Jokainen vihje kesti noin 6 sekuntia.

Vihjeen kuulemisen jälkeen osallistuja valitsi, miltä se tuntui tunnekartalla. Tämä testin osa auttoi insinöörejä päätelmään, että CUTE-wearable-laitteet tarjoavat mukavan kokemuksen. Huomionarvoista on, että ainoa haptinen palaute, joka luokiteltiin ärsyttäväksi, oli perinteinen puhelimessasi oleva.

CUTE Wearables – Testitulokset

Testitulokset olivat vaikuttavia. Insinöörit havaitsivat, että 97,9 % osallistujista pystyi tarkasti tunnistamaan jokaisen kuudesta vihjeestä vaivatta. Huomionarvoista on, että kuusi testattua saavutti täydet pisteet, mikä tarkoittaa, että he pystyivät viestimään monipuolisia tuntemuksia rentoutumisesta innostukseen laitteen avulla. Vaikuttavasti laite pystyi tuottamaan yli 2,3 N:n voimia +8,0 mm:n etäisyydellä.

CUTE Wearables – Hyödyt

Monet edut voivat tehdä monimutkaisemmasta ja kykenevämmästä haptisesta järjestelmästä pelin muuttajan. Kuvittele, että voisit kertoa, kuka soittaa ilman katsomista, perustuen anturin antamaan värinään tai tunteeseen. Kyky tarjota monipuolisia taktiileja tuntemuksia antaa insinööreille mahdollisuuden luoda immersiivisempiä ja hyödyllisempiä sovelluksia.

Kompakti

Toinen merkittävä syy, miksi monet pitävät tätä tutkimusta keskeisenä tulevaisuuden elektroniikan luomisessa, on se, että suurin osa haptisista järjestelmistä tänään perustuu raskaisiin toimilaitteisiin. Tämä vaatimus rajoittaa haptista palautetta kykenevien laitteiden kokoa ja lisää niiden kokonaispainoa. CUTE-wearable-arkkitehtuuri poistaa tämän ongelman luomalla räätälöidyn kompaktin palautesensorin, joka tukee pienimpiä wearabeleita.

Mukava

Mukavuus on yksi tärkeimmistä asioista, jonka monet wearable-insinöörit näyttävät unohtavan. Kukaan ei halua olla epämukava koko päivän, vaikka se mahdollistaisi puheluiden vastaanottamisen ranteesta. CUTE-wearable-laitteissa on ergonominen muotoilu ja materiaalit, jotka on suunniteltu tuntumaan kuin ihmisen iho. Lisäksi nämä laitteet eivät kuumene, vaikka niitä käytettäisiin pitkään. Näin ollen ne sopivat erinomaisesti pitkäkestoisiin wearabeleihin ja muihin sovelluksiin, joissa keveys on tärkeintä.

Hiljainen

Toinen merkittävä CUTE-wearable-laitteiden etu on niiden suunnittelu hiljaisiksi. Puhelimesi voi olla äänettömällä tilalla, mutta kaikki voivat kuulla sen värinän taskussasi. Lisäksi sinun täytyy silti ottaa se esiin nähdäksesi, kuka se on, tai kurkistaa älykelloon. CUTE-wearable-laitteet poistaisivat tämän mysteerin antamalla mahdollisuuden luoda erityinen haptinen palaute jokaiselle soittajalle. Tämä lähestymistapa tarjoaa lisädiskreettiä tarvittaessa.

Turvallinen

Turvallisuus on tärkein huolenaihe CUTE-wearable-käyttäjille ja -kehittäjille. Nämä laitteet sisältävät useita suunnitteluelementtejä ja suojauksia, jotta sinun ei tarvitse huolehtia sähköiskusta, tulipalosta tai muista mahdollisista riskeistä. Esimerkiksi CUTE-wearable-laitteet sisältävät elastomeerisen kalvon ja hyödyntävät toimilaitteiden kapselointia estääkseen käyttäjälle aiheutuvat vaarat. Lisäksi laite käyttää vain matalan resistanssin elektrodeja, mikä vähentää edelleen sähköiskun riskiä.

Energiansäästävä

Yksi suurimmista CUTE-wearable-tekniikan eduista on sen energiatehokkuus. Testattu yksikkö osoitti, että se vaati vain 3,0 mW:n virrankulutuksen pidetyn asennon ylläpitämiseen. Tämä alhainen energiankulutus mahdollistaa useampien toimilaitteiden käytön projekteissa. Lisäksi CUTE-wearable-laitteilla on pidempi akunkesto, mikä tekee niistä ihanteellisia seuraavan sukupolven wearabeleihin, jotka tulevat markkinoille tulevina kuukausina.

CUTE Wearables – Sovellukset

Kevyiden wearable-järjestelmien voimaannuttamisen lisäksi, jotka voivat tarjota enemmän taktiileja vasteita ja viestintää, on useita muita sovelluksia, joissa tätä teknologiaa voitaisiin parantaa. Esimerkiksi tätä tekniikkaa voitaisiin integroida VR- ja AR-järjestelmiin realistisuuden lisäämiseksi.

Se voisi myös toimia tapana tarjota ei-visuaalisia ohjeita kuljettajille tai jopa näkövammaisille. Kuvittele älykäs wearable, joka napauttaa oikeaa ranteen puolta osoittaakseen oikealle kääntymistä, tai puristaa ranteesi, kertoaessasi, että lähestyt tarvitsemaasi poistumaa.

Turvallisuusjärjestelmät

Toinen käyttötapaus olisi luoda turvallisuusvaroitusjärjestelmiä, jotka sisältävät taktiilista palautetta. Nämä järjestelmät olisivat ihanteellisia kiireisissä ja meluisissa ympäristöissä, joissa on valvottava monimutkaisia mittareita. Tulevaisuudessa yksinkertainen puristus ranteessa voisi kertoa turvallisuusvalvojalle, että venttiili on suljettava tai muita toimenpiteitä toteutettava.

CUTE Wearables – Tutkijat

CUTE-wearable-tutkimuksen tutkimus toteutettiin Max Planck -instituutissa älykkäiden järjestelmien alalla. Erityisesti Haptic Intelligence -osasto sai tehtäväkseen tehdä laitteesta toimivan. He saivat apua Katherine J. Kuchenbeckerilta sekä Robotic Materials -osastolta. Nyt tiimi pyrkii laajentamaan luomustaan ja näkemään, mitä muita käyttötapauksia voidaan toteuttaa.

Yritykset, jotka voisivat ottaa CUTE Wearables -tekniikan käyttöön ja menestyä

Useita yrityksiä voisi hyötyä tämän tutkimuksen yksityiskohdista. Älykello- ja puhelinvalmistajista älyautojen ja vaateteollisuuden yrityksiin, on monia käyttötapauksia tälle tekniikalle. Tässä on yksi yritys, joka voisi saada välittömiä hyötyjä integroinnista.

Garmin

Garmin (GRMN ) tuli markkinoille navigointijärjestelmien tarjoajana vuonna 1989. Alun perin nimeltään ProNAV, yrityksen perustajat Gary Burrell ja Min Kao aloittivat keskittymällä lentokone- ja meritoimintaan. Kymmenen vuotta myöhemmin heidän teknologiansa oli kehittynyt riittävästi ollakseen käyttökelpoinen käsilaitteissa, jotka on suunniteltu tavalliselle autoilijalle.

Garmon on johtava GPS-tarjoaja ja yksi alan tunnetuimmista nimistä. Se on laajentanut tarjontaansa sisältämään wearablit, kuntoilun seurantalaitteet, koiran paikannuslaitteet ja paljon muuta. CUTE-wearable-palautejärjestelmän integrointi voisi avata ovet kykenevämmille ja käyttäjäystävällisemmille laitteille.

Huomionarvoista on, että Garmin on tehnyt useita suuria yritysostoja lanseerauksensa jälkeen. Jokainen yritysosto lisäsi yhtiön wearabl-kyvykkyyksiä. Tämän seurauksena se on tänään maailman kolmen suurimman älykellonvalmistajan joukossa. Siksi analyytikot ennustavat yhtiön jatkavan kasvua wearabl-markkinan laajentuessa.

CUTE Wearables – Uusi tapa kommunikoida

CUTE-wearable-konsepti on merkittävä päivitys järjestelmään, joka ei ole kokenut suurta muutosta vuosikymmeniä. Ajattele, että hakulaiteissa oli samanlainen värinätoiminto kuin nykypäivän kehittyneimmissä älypuhelimissa. Kiitos tämän kekseliään tutkijatiimin, elektroniikkasi saattaa pian pystyä lähettämään hienovaraisia, monimutkaisia ja helposti tunnistettavia viestejä sinulle pelkän kosketuksen avulla.

Opi muista hienoista tekniikkaprojekteista nyt.

Tutkimusviite:

^{1. Sanchez-Tamayo, N., Yoder, Z., Rothemund, P., Ballardini, G., Keplinger, C., & Kuchenbecker, K. J. (2024). Cutaneous electrohydraulic (CUTE) wearable devices for pleasant broad-bandwidth haptic cues. Advanced Science, 11(48), 2402461. https://doi.org/10.1002/advs.202402461}