CUTEウェアラブルは近い将来、消費者製品とのやり取りを変える可能性があります

チューリッヒの革新的なエンジニアチームが、電子機器とのコミュニケーション方法を革命的に変える可能性のある新しい触覚センサシステムを最近発表しました。長年にわたり、電子機器は単一または二段階のアクチュエータベースの触覚システムに依存してきました。たとえば、サイレントモードが有効になっているときのスマートフォンの微かな振動を想像してください。CUTEウェアラブルはこれらの機能を拡張し、皮膚を通信媒体として活用する電子機器を実現しようとしています。

ウェアラブル、ゲーム、その他の電子機器は触覚フィードバックを利用して特定の状態を通知します。電子機器で最も一般的な触覚フィードバックの提供方法は、アクチュエータを使用することです。これらの小型モーターは、必要に応じてオンオフでき、振動を提供します。

This approach is effective at notifying you but doesn’t maximize the fact that the skin is the largest organ in your body. It’s filled with sensory receptors and can tell the difference between a gentle tap and a pinch. As such, the skin’s perceptual capabilities extend far past the simple vibration your phone makes when you get a call. Recognizing a missed opportunity, engineers have set off to create a haptic sensor capable of multiple types of interactions.

CUTEウェアラブル研究

The “Cutaneous Electrohydraulic (CUTE) Wearable Devices for Pleasant Broad-Bandwidth Haptic Cues”¹ study was published in Advanced Science this month. Its study goes in depth regarding the concept of using hydraulically amplified self-healing electrostatic (HASEL) artificial muscles to create more capable haptic devices.

CUTEウェアラブルは、今日の電子機器に見られる不快なブザー以上のことができます。この研究は、圧迫、タッピング、摩擦など、複数の触覚感覚を提供する新しいウェアラブルのシステムアーキテクチャを示しています。

ソース – Advanced Science

電気駆動のセンサは、従来のブザーよりも快適であることが確認された多数の感覚を伝えることができます。たとえば、ソーシャルメディアで誰かに「つねり」を送ると、相手はリアルタイムでその感覚を感じ取ります。さらに概念を拡張し、地球の向こう側にいる大切な人と心拍を共有することも想像できます。

ソフトアクチュエータ

リアルで自然な触覚感覚を実現するために、エンジニアはソフト電解水力ジッピングアクチュエータを使用しました。デバイスは液体誘電体で満たされた熱可塑性シェルを利用し、柔軟性を保ちます。シェルの両側に配置された電極が電流を流すと表面が変形し、デバイスの中央に向かってジップします。具体的には、チームは2.44 mmの作動行程を達成しました。

特筆すべきは、CUTEウェアラブルが10個のアクチュエータポーチのスタックを活用して作動力と機能を向上させている点です。小型フットプリントのアクチュエータはエネルギー効率が高く、デバイスが多数の要件に合わせて触覚フィードバックをカスタマイズできるようにします。

CUTEウェアラブルテスト

エンジニアはさまざまな指標でCUTEウェアラブルデバイスをテストしました。チームはまず、14名の無関係な参加者を集め、各触覚感覚の認識度をテストしました。参加者は女性7名、男性7名で、年齢は22歳から52歳まででした。

各参加者は快適な椅子に座らせられました。非優位手はアームレストに置かれ、画面、ワイヤレスマウス、ノイズキャンセリングイヤホンが外部の干渉を遮断するために使用されました。その後、エンジニアは触覚フィードバックを用いてコミュニケーションを開始しました。

各キューの後、参加者はどの電圧パターンが触覚フィードバックと最も一致するかを判断するよう求められました。合計で6つの触覚フィードキューが使用され、周波数は0〜200 Hzの範囲でした。各キューは約6秒間続きました。

キューを聞いた後、参加者は感情チャート上でそれがどのように感じたかを選択しました。このテスト部分により、CUTEウェアラブルが快適な体験を提供することがエンジニアに確認されました。特筆すべきは、唯一「不快」と評価された触覚フィードバックは、携帯電話に見られる従来のものだけでした。

CUTEウェアラブルテスト結果

テスト結果は印象的でした。エンジニアは、参加者の97.9％が6つのキューすべてをほとんど努力せずに正確に判別できたことを発見しました。特に、テストされた6名は満点を取得し、デバイスを使用してリラックスから興奮まで多様な感覚を伝えることができました。さらに、デバイスは+8.0 mmの距離で2.3 N以上の力を生成できることが確認されました。

CUTEウェアラブルの利点

多くの利点が、より複雑で高機能な触覚システムをゲームチェンジャーにする可能性があります。たとえば、振動やセンサから得られる感覚だけで、見ずに誰が電話しているかを判断できると想像してください。多様な触覚感覚を提供できることで、エンジニアはより没入感があり、役立つアプリケーションを創出できます。

コンパクト

多くの人がこの研究を将来の電子機器創造に不可欠と見る大きな理由の一つは、現在のほとんどの触覚システムが重いアクチュエータに依存していることです。この要件は、触覚フィードバック対応電子機器のサイズを制限し、全体の重量を増加させます。CUTEウェアラブルのアーキテクチャは、最小サイズのウェアラブルでもサポートできるカスタマイズされたコンパクトフィードバックセンサを作り出すことで、この問題を解消します。

快適

快適性は、多くのウェアラブルエンジニアが忘れがちな主要な要素です。誰も一日中不快に過ごしたくありません。たとえ手首から電話に出られるとしてもです。CUTEウェアラブルは人間の皮膚のように感じるエルゴノミックデザインと素材を採用しています。さらに、長時間使用しても熱くならないため、軽量オプションが最適な長期ウェアラブルやその他の用途に理想的です。

サイレント

CUTEウェアラブルのもう一つの大きな利点は、静音設計であることです。電話はサイレントモードにできても、ポケットの中の振動は誰にでも聞こえます。また、誰が電話したかを見るためにデバイスを取り出す必要があります。CUTEウェアラブルは、発信者ごとに特別な触覚フィードバックを作成できるため、この謎を解消し、必要に応じて余分な慎重さを提供します。

安全

安全性はCUTEウェアラブルのユーザーと開発者にとって最重要課題です。これらのデバイスは、感電、火災、その他のリスクを防止するための多数の設計要素と保護機構を備えています。たとえば、CUTEウェアラブルはエラストマー膜を組み込み、アクチュエータのカプセル化を活用してユーザーへの危険を防止します。また、デバイスは低抵抗電極のみを使用し、ショックリスクをさらに低減します。

エネルギー効率

CUTEウェアラブル技術の最大の利点の一つはエネルギー効率です。テストされたユニットは、伸長位置を保持する際にわずか3.0 mWしか消費しませんでした。この低消費電力により、プロジェクトで使用できるアクチュエータの数が増えます。さらに、CUTEウェアラブルはバッテリー寿命が長く、今後数か月で市場に投入される次世代ウェアラブルに最適です。

CUTEウェアラブルの応用例

軽量ウェアラブルシステムに電力を供給し、より多くの触覚応答と通信を提供できるだけでなく、この技術を活用して強化できる他の応用例も多数あります。たとえば、VRやARシステムに統合してリアリズムを向上させることが考えられます。

また、ドライバーや視覚障害者への非視覚的指示手段としても利用できます。たとえば、右手首をタップして右折を指示したり、手首を圧迫して出口が近いことを知らせるといった具合です。

安全システム

別のユースケースとして、触覚フィードバックを含む安全警告システムの構築が挙げられます。これらのシステムは、複雑な指標の監視が必要な騒がしい環境に最適です。将来的には、手首への軽いつねりが安全検査員にバルブを閉める必要があることを知らせるなどの用途が考えられます。

CUTEウェアラブル研究者

CUTEウェアラブル研究は、マックス・プランク知能システム研究所で実施されました。特に、ハプティックインテリジェンス部門がデバイスの機能化を担当しました。Katherine J. Kuchenbecker氏とロボティックマテリアル部門の協力を得て、現在チームは創造物を拡大し、他のユースケースシナリオの実現を目指しています。

CUTEウェアラブル技術を導入し成功できる企業

この研究の詳細から恩恵を受けられる企業は多数あります。スマートウォッチやスマートフォンのメーカーから、スマートカーや衣料品メーカーまで、この技術の活用例は豊富です。以下は、統合により即座に利益を得られる可能性のある企業の一例です。

Garmin

Garmin (GRMN ) は、1989年にナビゲーションシステムプロバイダーとして市場に参入しました。当初は ProNAV と呼ばれ、創業者の Gary Burrell と Min Kao が航空機と海洋活動に焦点を当ててスタートしました。10年後、同社の技術は一般ドライバー向けのハンドヘルドデバイスでも実用的になるほど進化しました。

Garmon は業界で最も知られた GPS プロバイダーの一つであり、ウェアラブル、フィットネストラッカー、ドッグトラッカーなどへと事業を拡大しています。CUTEウェアラブルのフィードバックシステムを統合すれば、より高機能でユーザーフレンドリーなデバイスへの道が開かれるでしょう。

特筆すべきは、Garmin が創業以来多数の大規模買収を行ってきたことです。各買収によりウェアラブル機能が強化され、現在では世界トップ3のスマートウォッチメーカーの一つとなっています。そのため、アナリストはウェアラブル市場の拡大に伴い、同社の成長が継続すると予測しています。

CUTEウェアラブル – 新しいコミュニケーション手段

CUTEウェアラブルのコンセプトは、数十年ほとんど変化のなかったシステムへの大幅なアップグレードです。考えてみてください、ポケベルは今日の最先端スマートフォンと同様の振動機能を持っていました。この革新的な研究チームのおかげで、あなたの電子機器は近い将来、触覚だけで目立たず、複雑で認識しやすいコミュニケーションを送信できるようになるかもしれません。

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研究参考文献：

^{1. Sanchez-Tamayo, N., Yoder, Z., Rothemund, P., Ballardini, G., Keplinger, C., & Kuchenbecker, K. J. (2024). 快適な広帯域ハプティックキューのための皮膚電解水力（CUTE）ウェアラブルデバイス. Advanced Science, 11(48), 2402461. https://doi.org/10.1002/advs.202402461}