HydroHaptics: Myke overflater med ekte krafttilbakemelding

Berøring er en av våre viktigste sanser, og den begynner å utvikles allerede før vi er født. Den er faktisk den tidligste sansen som utvikles i menneskelig embryologi.

Som en integrert del av livene våre oppstår berøring når spesialiserte nevroner oppfatter taktile informasjon fra huden og overfører den til hjernen, hvor den oppfattes som temperatur, trykk, smerte og vibrasjon.

Våre sensoriske nevroner er svært mangfoldige, med endene plassert i ulike sensoriske strukturer. Disse nevronene arbeider i harmoni for å oppdage mange forskjellige kvaliteter av berøring.

Etter hvert som vår forståelse av den intrikate språket til berøring har vokst, har også vår evne til å gjenskape den gjennom teknologi vokst. Dette er hvor haptikk kommer inn, et fremvoksende felt som oversetter den sensoriske rikdommen av menneskelig berøring til digitale og mekaniske opplevelser.

Avledet fra det greske ordet ‘haptein’, som betyr kontakt eller å berøre, refererer haptikk til sansing og manipulering gjennom berøring. Det innebærer også bruk av teknologi for å skape taktile sensasjoner som vibrasjoner eller krafttilbakemelding. Eksempler inkluderer spillkontrollere, smarttelefonvibrasjoner, robotkirurgi, og virtuell virkelighet.

Haptikk gjør det mulig for en bruker å berøre og føle fjerne objekter indirekte. Spesielle enheter som joysticks og datagloves gir tilbakemelding fra dataprogrammer i form av taktile sensasjoner. Ved å gi krafttilbakemelding til de som interagerer med virtuelle miljøer, skaper haptikk en toveis informasjonsflyt.

Evolusjonen av haptisk teknologi 

Sveip for å rulle →

Siden introduksjonen for omtrent et halvt århundre siden, har haptikk utviklet seg til et sofistikert felt hvor sensasjoner som tekstur, temperatur, trykk og til og med mykhet kan konstrueres inn i hverdagsobjekter. Denne nye generasjonen av haptikk lover å bringe digitale opplevelser nærmere ekte, fysisk interaksjon.

Det mangfoldige spekteret av haptiske teknologier som former dagens grensesnitt viser hvor raskt teknologien har utviklet seg.

Smarttelefoner og wearables bruker vibrotaktil tilbakemelding for å generere vibrasjoner, mens elektrostatisk haptikk i berøringsskjermer og styreplater skaper en illusjon av tekstur eller friksjon på en ellers glatt skjerm. Termisk haptikk simulerer temperaturendringer for å gi mer virkelighet til virtuelle interaksjoner.

Krafttilbakemelding legger til en følelse av trykk eller bevegelse for å få interaksjoner til å føles mer ekte. Haptiske aktuatorer og motorer er det som får deg til å føle motstand på en spillkontroller eller en VR-enhet.

Utover dette gjør fremvoksende smarte materialer som elektroaktive og magnetorheologiske polymerer, som endrer form eller fasthet når de utsettes for elektriske eller magnetiske felt, fleksibel haptisk tilbakemelding mulig.

Deretter finnes det piezoelektrisk haptikk for presis og lokalisert tilbakemelding ved bruk av spenning. Små laterale krefter påfører små laterale krefter på huden, mens mikrofluidisk haptikk bruker små væskekanaler for å simulere berøringssensasjoner.

Enda en teknologi i dette voksende feltet er pneumatisk og hydraulisk haptikk, som brukes til å simulere grepstyrke, vekt eller påvirkning ved å utnytte luft- eller væsketrykk.

Blant disse har hydraulisk haptikk fått mye oppmerksomhet blant forskere som en høy-nøyaktig haptisk teknologi. Denne fremvoksende teknologien gir kraftige og realistiske sensasjoner som overgår evnene til eldre vibrasjonsbasert haptikk.

Bruken av væsker her gjør det mulig å skape sterk, presis og svært dynamisk krafttilbakemelding. I tillegg kan hydrauliske haptiske systemer levere raske og realistiske termiske sensasjoner ved rask sirkulasjon av vann med ulike temperaturer. Dessuten kan hydrauliske og pneumatiske systemer integreres i myke, fleksible enheter, noe som tillater mer naturlig bærbar haptikk som reduserer brukerens tretthet og opprettholder fingerferdighet.

Med dagens haptiske enheter som ofte er klumpete og stive, noe som gjør dem uegnet for allestedsnærværende interaksjon, har forskere adressert denne svakheten ved å utvikle miniatyrhydrauliske pumper og aktuatorer, og dermed muliggjort skapelsen av små, bærbare enheter som er langt mer praktiske for daglig bruk.

For eksempel, for noen år siden samarbeidet forskere fra Autodesk Research, University of Manitoba og University of Toronto for å lage HydroRing¹, en enhet som bæres på fingeren for å levere taktile sensasjoner av temperatur, vibrasjon og trykk for å tillate blandet-realitets haptiske interaksjoner.

Når den er aktiv, gir denne bærbare enheten sensasjoner ved hjelp av væske som strømmer gjennom et tynt, fleksibelt rør som bæres over fingertuppen. I passiv modus har den minimal påvirkning på brukerens fingerferdighet og oppfatning av stimuli.

Mer nylig introduserte forskere fra Georgia Tech sin myke haptiske ring², som kombinerer pneumatisk og hydraulisk aktivering for å etterligne mykhet, ruhet og termisk på den proksimale falanksen. Denne ringen, laget av EcoFlex 00-30 silikon for å matche de mekaniske egenskapene til menneskelig hud, gjør det mulig for brukere å utforske omgivelsene med fingertuppene.

Designet tillater levering av vibrasjon gjennom pneumatisk oppblåsing, termiske sensasjoner gjennom sirkulerende vann i en hydraulisk krets, og trykk samtidig.

Etter å ha evaluert ringens effektivitet og gjengivelsesteknikker, gjennomførte forskerne en brukerstudie med 15 deltakere. De fant en nøyaktighetsrate på opptil 90 % i deltakernes evne til å matche virtuelle teksturer med virkelige. Multidimensjonale adjektivvurderinger indikerer også at enheten effektivt kommuniserte distinkte taktile sensasjoner på tvers av modaliteter.

For noen år siden tok forskere fra Carnegie Mellon University teknologien et steg videre ved å utvikle hydraulisk-basert haptikk³ så tynn at den på kun 5 mm kan settes inn i en OLED-skjerm for å la berøringsskjermvarsler føles fysisk.

Den nye skjermteknologien kan gi brukere en mer oppslukende og interaktiv måte å engasjere seg med varsler, trykke på knapper og skrive på tastaturet. Prototypeteknologien kan, ifølge forskerne, også tillate dynamiske grensesnitt på andre enheter som musikkspillere, spill, elektriske kjøretøy og mer.

Nå har forskere ved University of Bath utviklet en responsiv ny teknologi⁴ kalt HydroHaptics som reagerer på selv trykk og knep.

Hvorfor hydraulisk haptikk overgår pneumatikk (HydroHaptics forklart)

Myke og fleksible grensesnitt tilbyr unik interaksjonspotensial, men lider av begrenset krafttilbakemelding. Her er pneumatisk tilnærming ikke egnet fordi de mangler respons og presisjon, mens mikrohydrauliske løsninger har begrenset input.

Dermed er hydrauliske systemer det perfekte alternativet. Hydrauliske systemer bruker væske som arbeidsfluid, i motsetning til pneumatisk tilnærming som bruker luft, hvis komprimerbarhet begrenser hastighet og nøyaktighet av kraft og forskyvning av utdata. Væsken tillater større presisjon samt mer responsiv utdata.

De nåværende interaktive hydrauliske modellene bruker hovedsakelig mikrohydraulikk, som kan gi økt kontroll, men har volumbegrensninger som begrenser grensesnittet til små knapper, noe som påvirker innspillingsfleksibiliteten og formmangfoldet.

Når man designer hydrauliske interaktive systemer, må man også håndtere lekkasjer, begrenset bakoverdrift og behovet for spesialiserte komponenter, noe som gjør det vanskeligere å oppnå dem.

Derfor har forskerne skapt HydroHaptics, et nytt system som muliggjør høy-nøyaktig krafttilbakemelding på deformable grensesnitt gjennom hydrostatisk overføring. Denne plattformen kan forbedre kvaliteten på krafttilbakemelding på myke grensesnitt, samtidig som den opprettholder egenskapene som muliggjør rike brukeropplevelser, dvs. fleksibilitet, mykhet og frihet i input.

Denne teknologien har flere fordeler. For det første drives den av en børsteløs DC-motor og trenger ikke pumper, ventiler og regulatorer. Ved å utnytte tilgjengelighet, rimelighet og kontrollalternativer til den kompakte motoren, kan forskerne skape krafttilbakemeldings‑effekter på HydroHaptics.

Ved å være designet med færre komponenter for å være skalerbar, reduseres systemets mottakelighet for lekkasjer samtidig som det gjør det tilpassbart til større grensesnitt. De fleste komponenter som brukes i systemet er også enten standarddeler eller 3D‑printet.

I tillegg er HydroHaptics iboende toveis for å muliggjøre både sansing av kraft‑input‑interaksjoner og levere krafttilbakemelding. Dette betyr at den nye teknologien muliggjør to‑veis kommunikasjon mellom en person og objektet de holder eller har på seg.

Sammen gir alle disse fordelene unike muligheter til å utforske haptiske interaksjoner på myke grensesnitt og utvikle nye deformable enheter.

Nå er HydroHaptics et åpen‑kilde‑system med en forseglet hydraulisk celle som inneholder en fast mengde væske, som er ukomprimerbar og hydraulisk kobler de to fleksible overflatene i cellen. Dette muliggjør overføring av toveis kraft mellom dem.

En lineær mekanisk aktuator fungerer som den haptiske motoren, som kan gi krafttilbakemelding ved å forskyve væsken, og overføre kraft til det deformable grensesnittet. For å la grensesnittet deformere, beveger den samme motoren seg som respons på kraften som påføres det deformable grensesnittet mens den opprettholder trykket i den hydrauliske cellen, som er justerbart for å gjengi ulike stivhetsnivåer.

Ved å bruke denne tilnærmingen kan brukere føle vibrasjoner, skarpe klikk og varierende motstand mens overflaten beholder sin naturlige mykhet og fleksibilitet, uansett hvordan man trykker, klemmer eller vrir den, «noe som, frem til nå, rett og slett ikke har vært mulig», sa studiens med‑leder James Nash, som er PhD‑student i datavitenskap ved Bath.

Dermed kan en person klemme, trykke eller vri et objekt som en fleksibel datamus, et klesplagg eller en pute, og objektet vil svare på en uttrykksfull og meningsfull måte, for eksempel ved å dempe lys, forme på en skjerm eller endre TV‑kanalen.

Brukerinndata kan også oppfattes ved å overvåke det interne trykket.

«Input fra brukeren oppfattes av systemet gjennom objektet, og brukeren føler så systemets haptiske respons gjennom den deformable overflaten.»

– Studieleder Professor Jason Alexander fra Institutt for datavitenskap ved Bath.

På denne måten gjør HydroHaptics det mulig med distinkte haptiske opplevelser på myke, deformable grensesnitt, som for tiden er upraktiske gjennom eksisterende tilnærminger.

Med HydroHaptics åpner forskerne dørene til spennende muligheter for berøringsbaserte interaksjoner med hverdagslige gjenstander. Teknologien kan ha stor nytte for spilling, bærbar teknologi, medisinsk simulering, produktdesign og andre felt.

Den neste bølgen av menneske-datamaskin-interaksjon

Teamet av datavitere fra Bath presenterte sin studie om HydroHaptics på  ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) for noen uker siden, hvor artikkelen mottok en ærefull omtale.

I sin nåværende form er systemet i en sylindrisk form, med på toppen en deformabel kuppel laget av silikon, som gjør den eksponerte toppoverflaten av cellen, hvis bunn også er forseglet med en fleksibel silikonstrøm. Rett under cellen er en trykksensor og en skruekarosseri, som drives av DC‑motoren.

Når brukeren interagerer med kuppelen, ved å trykke eller klemme den, forskyver de vannet, noe som får det til å trykke ned på og utvide den nedre membranen. Sensoren oppdager den påfølgende økningen i trykk og matcher den til den tilsvarende gesten og kommandoen som er knyttet til den.

For å gi taktil tilbakemelding bruker enheten motoren til å komprimere cellen fra undersiden, som presser kuppelen oppover mot brukerens finger, og skaper dermed en følelse av en oscillerende vibrasjon, et distinkt klikk eller en spennende trykknapp.

For å demonstrere HydroHaptics sin evne til å forbedre interaksjon gjennom fin‑kornet krafttilbakemelding, integrerte teamet den i fire hverdagsapplikasjoner.

En kraft‑forsterket, deformabel datamus med en myk silikonkule som tillot brukere å forme digitale objekter på en skjerm ved å trykke og deformere museoverflaten.

En liten interaktiv pute som leverer haptisk tilbakemelding mens den beholder sin mykhet. En HydroHaptic-pose ble plassert i puten for å kontrollere smarte enheter når den trykkes eller klemmes.

En ryggsekk som gir på‑kroppen krafttilbakemelding gjennom stroppene. Den leverte smarttelefonvarsler gjennom skulderklikk og trykk, som også kan brukes til navigasjon.

En 3D‑printet kraft‑forsterket joystick er forbedret med HydroHaptic‑teknologi for å øke videospill‑immersjon. Den haptiske tilbakemeldingen ble gitt til spillere under spill for å simulere spenning, motstand eller skarpt slag.

Disse applikasjonene demonstrerer integrasjonen av kvalitetshaptisk tilbakemelding i myke, fleksible grensesnitt og objekter for første gang. Og teamet ser stort potensial for deres teknologi på tvers av et bredt spekter av interaktive enheter.

«Våre eksperimenter viser at dette er et pålitelig system for å la et menneske interagere med myke objekter på en meningsfull måte som vil forbedre måten vi lever og arbeider på.»

– Professor Jason Alexander

For å illustrere HydroHaptics sitt potensial ga han eksempelet med en bruker som føler fysiske effekter i puten de lener seg på, som speiler det som skjer på TV‑skjermen foran dem. For eksempel vibrasjonen i puten når en bil kjører på en humpete vei på TV, eller puten blir fast når noen treffer en hard vegg. Et annet eksempel er ryggsekken, som ikke trenger telefonen for navigasjon ettersom stroppene vil guide dem gjennom milde knep til skulderen.

«Dette er bare to av de mange måtene denne teknologien kan integreres i livene våre i den ikke altfor fjerne fremtid.»

– Alexander 

For å evaluere ytelsen til teknologien kjørte teamet en serie tekniske vurderinger ved bruk av en høy‑presisjons robotarm og gjennomførte en brukerstudie. Under studien demonstrerte teamet HydroHaptics evne til å skape distinkte haptiske effekter med en gjennomsnittlig identifikasjons‑nøyaktighet på 82,6 % på tvers av alle effekter og 92,8 % på den mest distinkte effekten.

Mens andre forskergrupper også arbeider med myke, deformable grensesnitt, og har produsert prototyper som viser svært lokaliserte sensasjoner eller ulike nivåer av lav‑nøyaktig tilbakemelding, har de ikke oppnådd HydroHaptics sitt nivå av skala, presisjon og oppløsning.

Teamet tror HydroHaptics‑produkter kan bli markedsklare snart, hvis interessen for teknologien er noen indikasjon. «Gitt tilstrekkelige ressurser, ville det ikke være urealistisk at dette blir et produkt om ett eller to år,» sa Professor Alexander.

Men selvfølgelig må teamet først forbedre den haptiske motoren slik at dens volum kan reduseres og gjøres egnet for kommersielle applikasjoner.

Systemet er heller ikke uten sine tekniske begrensninger. Som artikkelen bemerker, kan luft bli fanget i den hydrauliske cellen eller lekke inn i systemet over tid, noe som kan redusere ytelsen. I tillegg skaper høy utgangstrykk behov for betydelig kraft, noe som kan føre til termiske problemer.

Når det gjelder den haptiske motoren, avhenger teamets tilnærming av at den er stiv, og selv om den kan separeres gjennom fleksibel slange, må den forbli tilkoblet grensesnittet, noe som ikke alltid er gjennomførbart for fullt deformable grensesnitt. Studien bemerket:

«HydroHaptics representerer et meningsfullt steg mot det langsiktige målet om å oppnå fullt deformable haptiske kraft‑tilbakemeldingssystemer, og fremtidig arbeid bør sikte på å redusere antall og størrelse på stive komponenter.»

Investere i haptisk teknologi

Texas Instruments (TXN ) er en halvledergigant som utvikler analoge og innebygde prosesserings‑chips for ulike markeder inkludert personlig elektronikk, bilindustri, kommunikasjonsutstyr, industri og bedrifts‑systemer.

TI er også en stor aktør i haptikk‑industrien, og leverer integrerte løsninger som inkluderer haptiske drivere, berøringsskjerm‑kontrollere og programvarebiblioteker for å generere taktil tilbakemelding i forbrukerelektronikk og industrielle produkter.

Texas Instruments (TXN )

Med en markedsverdi på $160,5 milliarder, handles TXN‑aksjer for øyeblikket til $176,93, ned 5,83 % YTD men opp 26,4 % siden april‑bunnen. TXN‑aksjer nådde faktisk en all‑time high (ATH) på $221,69 i juli.

Texas Instruments har en EPS (TTM) på 5,28 og en P/E (TTM) på 33,46. En utbytteavkastning på 3,22 % tilbys aksjonærene. 16. okt. kunngjorde TI et kvartalsvis kontantutbytte på $1,42 per vanlig aksje. Utbyttet ble økt med 4 % forrige måned, og markerer 22 påfølgende år med økninger.

Siste resultater (Q2 2025): Texas Instruments rapporterte $4,45 milliarder i inntekter (+16 % YoY, +9 % QoQ), ~$1,30 milliarder i nettoresultat, og $1,41 EPS. Ledelsen forventer Q3‑inntekter på $4,45–$4,80 milliarder. Fri kontantstrøm (TTM) var ~$1,8 Mrd i Q2‑2025‑rapporten.

Konklusjon

Etter hvert som haptikkens verden utvides og vokser, representerer HydroHaptics et paradigmeskifte i hvordan vi vil berøre og bli berørt av teknologi. Ved å kombinere myke, deformable grensesnitt med presis krafttilbakemelding, åpner teknologien døren til rikere, mer naturlige interaksjoner med våre enheter og omgivelser.

Fra oppslukende underholdning til medisinsk trening og smarte hjem, kan denne teknologien redefinere hvordan mennesker og maskiner kommuniserer.

Referanser:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing: Støtte for blandet virkelighetshaptikk ved bruk av væskestrøm. I Proceedings of the 31st Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’18) (s. 913–925). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A., & Vardar, Y. (2025). Generering av multimodale teksturer med en myk hydro‑pneumatisk haptisk ring. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., & Harrison, C. (2023). Flat Panel Haptics: Innebygde elektroosmosepumper for skalerbare formskjermer. I Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (Artikkel 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: Høy‑nøyaktig krafttilbakemelding på myke deformable grensesnitt ved bruk av hydrostatisk overføring. I A. Bianchi, E. Glassman, W. E. Mackay, S. Zhao, J. Kim, & I. Oakley (Red.), Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) (Artikkel nr. 59). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679