HydroHaptics: Superfici Morbide con Feedback di Forza Reale

Il tatto è uno dei nostri sensi più importanti e inizia a svilupparsi anche prima della nostra nascita. È in realtà il senso più precoce che si sviluppa nell’embriologia umana.

Come parte integrante della nostra vita, il tatto si verifica quando neuroni specializzati percepiscono informazioni tattili dalla pelle e le trasmettono al cervello, dove vengono percepite come temperatura, pressione, dolore e vibrazione.

I nostri neuroni sensoriali sono altamente diversificati, con le loro terminazioni inserite in varie strutture sensoriali. Questi neuroni lavorano in armonia per rilevare molte diverse qualità del tatto.

Man mano che la nostra comprensione del complesso linguaggio del tatto è cresciuta, è cresciuta anche la nostra capacità di ricrearlo attraverso la tecnologia. È qui che entra in gioco la aptica, un campo emergente che traduce la ricchezza sensoriale del tatto umano in esperienze digitali e meccaniche.

Derivata dalla parola greca ‘haptein’, che significa contatto o toccare, l’aptica si riferisce alla percezione e alla manipolazione tramite il tatto. Include anche l’uso della tecnologia per creare sensazioni tattili come vibrazioni o feedback di forza. Esempi includono controller di gioco, vibrazioni degli smartphone, chirurgia robotica e realtà virtuale.

L’aptica consente a un utente di toccare e sentire oggetti distanti in modo indiretto. Dispositivi speciali come joystick e guanti dati forniscono feedback dalle applicazioni informatiche sotto forma di sensazione tattile. Fornendo feedback forzato a chi interagisce con ambienti virtuali, l’aptica crea un flusso bidirezionale di informazioni.

L’evoluzione delle tecnologie aptiche 

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Dalla sua introduzione circa mezzo secolo fa, l’aptica si è evoluta in un campo sofisticato in cui sensazioni come texture, temperatura, pressione e persino morbidezza possono essere ingegnerizzate negli oggetti di tutti i giorni. Questa nuova generazione di aptica promette di avvicinare le esperienze digitali a interazioni fisiche reali.

L’ampia gamma di tecnologie aptiche che modellano le interfacce odierne dimostra quanto rapidamente la tecnologia sia progredita.

Smartphone e dispositivi indossabili utilizzano feedback vibrotattile per generare vibrazioni, mentre l’aptica elettrostatica in touchscreen e trackpad crea l’illusione di texture o attrito su uno schermo altrimenti liscio. L’aptica termica simula variazioni di temperatura per rendere più reali le interazioni virtuali.

Il feedback di forza aggiunge una sensazione di pressione o movimento per rendere le interazioni più realistiche. Gli attuatori e i motori aptici sono ciò che ti fa sentire resistenza su un controller di gioco o su un dispositivo VR.

Oltre a questi, materiali intelligenti emergenti come i polimeri elettroattivi e magnetorheologici, che cambiano forma o rigidità quando esposti a campi elettrici o magnetici, stanno abilitando feedback aptico flessibile.

Poi ci sono le aptiche piezoelettriche per feedback preciso e localizzato usando tensione. Piccole forze laterali applicano forze laterali minori alla pelle, mentre le aptiche microfluidiche usano minuscoli canali di fluido per simulare sensazioni tattili.

Un’altra tecnologia in questo campo in crescita è l’aptica pneumatica e idraulica, che viene utilizzata per simulare la forza di presa, il peso o l’impatto sfruttando la pressione dell’aria o del liquido.

Tra queste, l’aptica idraulica sta guadagnando molta attenzione tra i ricercatori come tecnologia aptica ad alta fedeltà. Questa tecnologia emergente, dopotutto, fornisce sensazioni potenti e realistiche che superano le capacità delle vecchie aptiche basate sulla vibrazione.

L’uso di fluidi qui consente la creazione di feedback di forza forte, preciso e altamente dinamico. Inoltre, i sistemi aptici idraulici possono fornire sensazioni termiche rapide e realistiche facendo circolare rapidamente acqua a diverse temperature. Inoltre, i sistemi idraulici e pneumatici possono essere integrati in dispositivi morbidi e flessibili, permettendo aptiche indossabili più naturali che riducono l’affaticamento dell’utente e mantengono la destrezza.

Con i dispositivi aptici attuali spesso ingombranti e rigidi, il che li rende inadatti per interazioni ubiquitarie, i ricercatori hanno affrontato questo limite sviluppando pompe e attuatori idraulici miniaturizzati, consentendo la creazione di piccoli indossabili molto più pratici per l’uso quotidiano.

Ad esempio, alcuni anni fa, ricercatori di Autodesk Research, dell’Università del Manitoba e dell’Università di Toronto hanno collaborato per creare HydroRing¹, un dispositivo indossato sul dito per fornire sensazioni tattili di temperatura, vibrazione e pressione per consentire interazioni haptiche di realtà mista.

Quando attivo, questo indossabile fornisce sensazioni con l’aiuto di liquido che scorre attraverso un tubo sottile e flessibile indossato sul pad della punta del dito. In modalità passiva, ha un impatto minimo sulla destrezza dell’utente e sulla percezione degli stimoli.

Più recentemente, ricercatori della Georgia Tech hanno introdotto il loro anello aptico morbido², che combina attuazione pneumatica e idraulica per imitare morbidezza, ruvidità e termicità sul falange prossimale. Questo anello, realizzato in silicone EcoFlex 00-30 per corrispondere alle proprietà meccaniche della pelle umana, consente agli utenti di esplorare l’ambiente con la punta delle dita.

Il suo design consente la consegna di vibrazione tramite gonfiaggio pneumatico, sensazioni termiche tramite circolazione d’acqua in un circuito idraulico e pressione contemporaneamente.

Valutando l’efficacia dell’anello e le tecniche di rendering, i ricercatori hanno condotto uno studio con 15 partecipanti. Hanno riscontrato un tasso di accuratezza fino al 90% nella capacità dei partecipanti di abbinare texture virtuali a quelle reali. Le valutazioni di aggettivi multidimensionali indicano anche che il dispositivo ha comunicato efficacemente sensazioni tattili distinte attraverso le modalità.

Alcuni anni fa, ricercatori della Carnegie Mellon University hanno spinto la tecnologia oltre sviluppando aptica basata su idraulica³ sufficientemente sottile, appena 5 mm, da inserire in uno schermo OLED per consentire di percepire fisicamente le notifiche del touchscreen.

La nuova tecnologia di display può consentire agli utenti di avere un modo più immersivo e interattivo per interagire con le notifiche, premere pulsanti e digitare sulla tastiera. Il prototipo, secondo i ricercatori, può inoltre consentire interfacce dinamiche su altri dispositivi come lettori musicali, giochi, veicoli elettrici e altro.

Ora, ricercatori dell’Università di Bath hanno sviluppato una nuova tecnologia reattiva⁴ chiamata HydroHaptics che risponde anche a tocchi e pressioni.

Perché l’aptica idraulica supera quella pneumatica (HydroHaptics spiegato)

Interfacce morbide e flessibili offrono un potenziale unico di interazione ma soffrono di feedback di forza limitato. Qui, gli approcci pneumatici non sono adatti perché mancano di reattività e precisione, mentre le soluzioni micro-idrauliche hanno input limitato.

Quindi, i sistemi idraulici sono l’opzione perfetta. I sistemi idraulici utilizzano il liquido come fluido di lavoro, a differenza degli approcci pneumatici che usano aria, la cui comprimibilità limita velocità e precisione della forza e dello spostamento dell’output. Il liquido consente maggiore precisione e output più reattivo.

I modelli idraulici interattivi attuali utilizzano principalmente micro-idraulica, che può fornire un controllo aumentato ma ha limitazioni di volume, che restringe l’interfaccia a piccoli pulsanti, influenzando così la flessibilità dell’input e la diversità delle forme.

Durante la progettazione di sistemi interattivi idraulici, è necessario gestire perdite, limitata retroazionabilità e la necessità di componenti specializzati, il che rende più difficile realizzarli.

Pertanto, i ricercatori hanno creato HydroHaptics, un nuovo sistema che consente feedback di forza ad alta fedeltà su interfacce deformabili tramite trasmissione idrostatica. Questa piattaforma è in grado di migliorare la qualità del feedback di forza su interfacce morbide, mantenendo le qualità che permettono esperienze utente ricche, cioè flessibilità, morbidezza e libertà di input.

Questa tecnologia presenta diversi vantaggi. Per cominciare, è alimentata da un motore brushless DC e non necessita di pompe, valvole e regolatori. Sfruttando la disponibilità, l’accessibilità e le opzioni di controllo del motore compatto, i ricercatori possono creare effetti di feedback di forza su HydroHaptics.

Essendo progettato con meno componenti per essere scalabile, riduce la suscettibilità del sistema a perdite rendendolo adattabile a interfacce più grandi. La maggior parte dei componenti usati nel sistema sono anche parti disponibili in commercio o stampate in 3D.

Inoltre, HydroHaptics è intrinsecamente bidirezionale per consentire sia la rilevazione delle interazioni di forza in ingresso sia la fornitura di feedback di forza. Ciò significa che la nuova tecnologia abilita una comunicazione a due vie tra una persona e l’oggetto che sta tenendo o indossando.

Insieme, tutti questi benefici offrono opportunità uniche per esplorare interazioni aptiche su interfacce morbide e sviluppare dispositivi deformabili innovativi.

Ora, HydroHaptics è un sistema open-source con una cella idraulica sigillata, che contiene una quantità fissa di liquido, incomprimibile e che accoppia idraulicamente le due superfici flessibili della cella. Questo consente la trasmissione di forza bidirezionale tra di esse.

Un attuatore meccanico lineare funge da motore aptico, che può fornire feedback di forza spostando il fluido, trasmettendo forza all’interfaccia deformabile. Per consentire all’interfaccia di deformarsi, lo stesso motore si muove in risposta alla forza applicata all’interfaccia deformabile mantenendo la pressione all’interno della cella idraulica, regolabile per rendere diversi livelli di rigidità.

Usando questo approccio, gli utenti possono percepire vibrazioni, click netti e resistenze variabili mentre la superficie mantiene la sua naturale morbidezza e flessibilità, indipendentemente da come si preme, si pizzica o si torce, “qualcosa che, fino a ora, semplicemente non era possibile,” ha dichiarato il co-leader dello studio James Nash, dottorando in Computer Science presso Bath.

Quindi, un individuo può pizzicare, toccare o torcere un oggetto come un mouse computer morbido, un capo d’abbigliamento o un cuscino, e quell’oggetto risponderà in modo espressivo e significativo, ad esempio attenuando la luce, scolpendo su uno schermo o cambiando il canale TV.

L’input dell’utente può anche essere rilevato monitorando la pressione interna.

“L’input dell’utente è percepito dal sistema attraverso l’oggetto, e l’utente sente quindi la risposta aptica del sistema attraverso la superficie deformabile.”

– Professor Jason Alexander, capo dello studio, Dipartimento di Computer Science di Bath.

In questo modo, HydroHaptics consente esperienze aptiche distinte su interfacce morbide e deformabili, attualmente impraticabili con gli approcci esistenti.

Con HydroHaptics, i ricercatori stanno aprendo le porte a entusiasmanti opportunità per interazioni basate sul tatto con oggetti quotidiani. La tecnologia può beneficiare notevolmente il gaming, la tecnologia indossabile, la simulazione medica, il design di prodotto e altri settori.

La prossima ondata di interazione uomo-computer

Il team di informatici di Bath ha presentato il loro studio su HydroHaptics al ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) qualche settimana fa, dove il paper ha ricevuto un premio di menzione d’onore.

Nella sua forma attuale, il sistema ha una forma cilindrica, al cui interno si trova una cupola deformabile in silicone, che costituisce la superficie superiore esposta della cella, il cui fondo è anch’esso sigillato con una membrana di silicone flessibile. Subito sotto la cella c’è un sensore di pressione e un carrello a vite, alimentato dal motore DC.

Quando l’utente interagisce con la cupola, premendo o comprimendola, sposta l’acqua, facendola premere verso il basso e allungare la membrana inferiore. Il sensore rileva l’aumento di pressione risultante e lo associa al gesto corrispondente e al comando associato.

Per fornire feedback tattile, il dispositivo utilizza il motore per comprimere la cella dal basso, spingendo la cupola verso l’alto contro il dito dell’utente, creando così una sensazione di vibrazione oscillante, un click distintivo o una pressione di pulsante teso.

Per dimostrare la capacità di HydroHaptics di migliorare l’interazione tramite feedback di forza fine, il team l’ha integrato in quattro applicazioni quotidiane.

Un mouse computer deformabile e potenziato da forza, con una cupola in silicone morbida che permetteva agli utenti di scolpire oggetti digitali su uno schermo premendo e deformando la superficie del mouse.

Un piccolo cuscino interattivo che fornisce feedback aptico mantenendo la sua morbidezza. Un sacchetto HydroHaptic è stato inserito nel cuscino per controllare dispositivi intelligenti quando premuto o compresso.

Uno zaino che fornisce feedback di forza sul corpo attraverso le cinghie. Ha consegnato notifiche dello smartphone tramite tocchi e pressioni sulla spalla, che possono anche essere usati per la navigazione.

Un joystick potenziato da forza stampato in 3D è stato migliorato con la tecnologia HydroHaptic per aumentare l’immersione nei videogiochi. Il feedback aptico è stato fornito ai giocatori durante il gameplay per simulare tensione, resistenza o impatto netto.

Queste applicazioni dimostrano per la prima volta l’integrazione di feedback aptico di qualità in interfacce e oggetti morbidi e flessibili. E il team vede molto potenziale per la loro tecnologia in una vasta gamma di dispositivi interattivi.

“I nostri esperimenti mostrano che questo è un sistema affidabile per consentire a un umano di interagire con oggetti morbidi in modo significativo, migliorando il modo in cui viviamo e lavoriamo.”

– Professor Jason Alexander

Per illustrare il potenziale di HydroHaptics, ha dato l’esempio di un utente che sente effetti fisici nel cuscino su cui si appoggia, che rispecchiano ciò che accade sulla TV di fronte a loro. Per esempio, la vibrazione nel cuscino quando un’auto percorre una strada accidentata nella TV, o il cuscino che diventa solido quando qualcuno colpisce un muro duro. Un altro esempio è quello dell’utente dello zaino, che non ha bisogno del telefono per la navigazione poiché le cinghie lo guidano attraverso leggere pressioni sulla spalla.

“Questi sono solo due dei tanti modi in cui questa tecnologia potrebbe essere integrata nelle nostre vite nel prossimo futuro non troppo lontano.”

– Alexander 

Per valutare le prestazioni della loro tecnologia, il team ha eseguito una serie di valutazioni tecniche usando un braccio robotico ad alta precisione e ha condotto uno studio con utenti. Durante lo studio, il team ha dimostrato la capacità di HydroHaptics di creare effetti aptici distinti con un’accuratezza media di identificazione dell’82,6% su tutti gli effetti e del 92,8% sull’effetto più distintivo.

Mentre altri team di ricerca stanno lavorando su interfacce morbide e deformabili, producendo prototipi che mostrano sensazioni altamente localizzate o diversi livelli di feedback a bassa fedeltà, non hanno raggiunto il livello di scala, precisione e risoluzione di HydroHaptics.

Il team crede che i prodotti HydroHaptics possano essere pronti per il mercato presto, se l’interesse per la loro tecnologia è indicativo. “Dato un adeguato finanziamento, non sarebbe irrealistico che questo sia in un prodotto entro un anno o due,” ha detto il professor Alexander.

Ma, naturalmente, il team deve prima perfezionare il motore aptico affinché il suo ingombro possa essere ridotto e reso adatto a applicazioni commerciali.

Il sistema non è privo di limitazioni tecniche. Come indicato nel paper, l’aria può rimanere intrappolata nella cella idraulica o fuoriuscire nel sistema nel tempo, riducendo le prestazioni. Inoltre, alta pressione di uscita richiede notevoli potenze, il che può portare a problemi termici.

Per quanto riguarda il motore aptico, l’approccio del team dipende dal fatto che sia rigido, e sebbene possa essere separato tramite un tubo flessibile, deve rimanere collegato all’interfaccia, il che non è sempre fattibile per interfacce completamente deformabili. Lo studio ha osservato:

“HydroHaptics rappresenta un passo significativo verso l’obiettivo a lungo termine di realizzare sistemi di feedback di forza aptico completamente deformabili, e i lavori futuri dovrebbero mirare a ridurre il numero e le dimensioni dei componenti rigidi.” 

Investire nella tecnologia aptica

Texas Instruments (TXN ) è un gigante dei semiconduttori che sviluppa chip analogici e di elaborazione integrata per vari mercati, tra cui elettronica personale, automotive, apparecchiature di comunicazione, industriale e sistemi aziendali.
TI è anche un attore importante nell’industria aptica, fornendo soluzioni integrate che includono driver aptici, controller per touchscreen e librerie software per generare feedback tattile in elettronica di consumo e prodotti industriali.

Texas Instruments (TXN )

Con una capitalizzazione di mercato di 160,5 miliardi di dollari, le azioni TXN sono attualmente scambiate a 176,93 $, in calo del 5,83 % YTD ma in rialzo del 26,4 % rispetto al minimo di aprile. Le azioni TXN hanno effettivamente raggiunto un massimo storico (ATH) a 221,69 $ a luglio.
Texas Instruments ha un EPS (TTM) di 5,28 e un P/E (TTM) di 33,46. Un rendimento del dividendo del 3,22 % è offerto agli azionisti. Il 16 ottobre, TI ha dichiarato un dividendo trimestrale in contanti di 1,42 $ per azione di capitale sociale. Il dividendo è stato aumentato del 4 % il mese scorso, segnando 22 anni consecutivi di aumenti.

Risultati recenti (Q2 2025): Texas Instruments ha riportato 4,45 miliardi di dollari di fatturato (+16 % YoY, +9 % QoQ), circa 1,30 miliardi di dollari di utile netto e 1,41 $ di EPS. La direzione prevede un fatturato Q3 di 4,45–4,80 miliardi di dollari. Il flusso di cassa libero (TTM) è stato di circa 1,8 miliardi di dollari nel rapporto Q2‑2025.

Conclusione

Man mano che il mondo dell’aptica si espande e cresce, HydroHaptics rappresenta un cambiamento di paradigma in come toccheremo e saremo toccati dalla tecnologia. Combinando interfacce morbide e deformabili con feedback di forza preciso, la tecnologia sta aprendo la porta a interazioni più ricche e naturali con i nostri dispositivi e ambienti.

Dal divertimento immersivo alla formazione medica e alle case intelligenti, questa tecnologia potrebbe ridefinire il modo in cui gli esseri umani e le macchine comunicano.

Riferimenti:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing: Supportare l’aptica di realtà mista usando il flusso di liquido. In Proceedings of the 31st Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’18) (pp. 913–925). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A., & Vardar, Y. (2025). Generare texture multimodali con un anello aptico idro-pneumatico morbido. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., & Harrison, C. (2023). Aptica a pannello piatto: Pompe elettroosmotiche integrate per display di forme scalabili. In Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (Article 745). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3544548.3581547
4. Nash, J. D., Sauvé, K., van Riet, C. M., van Oosterhout, A., Sharma, A., Clarke, C., & Alexander, J. (2025). HydroHaptics: Feedback di forza ad alta fedeltà su interfacce morbide e deformabili usando la trasmissione idrostatica. In A. Bianchi, E. Glassman, W. E. Mackay, S. Zhao, J. Kim, & I. Oakley (Eds.), Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) (Article No. 59). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679