CUTE Wearables kan snart förändra våra interaktioner med konsumentprodukter

Ett team av innovativa ingenjörer från Zürich har nyligen presenterat ett nytt haptiskt sensorsystem som kan revolutionera hur människor kommunicerar med elektronik. I åratal har elektronik förlitat sig på ett enkelfasigt eller tvåstegigt aktuatordrivet haptiskt system. Tänk på surrandet från din telefon när du har tyst läge aktiverat. CUTE‑wearables planerar att utöka dessa möjligheter och göra elektronik som utnyttjar din hud som ett kommunikationsmedium.

Wearables, spel och annan elektronik använder haptisk återkoppling för att meddela dig om vissa förhållanden. Den vanligaste metoden för att tillhandahålla haptisk återkoppling i elektronik är att använda aktuatorer. Dessa små motorer kan slås på och av för att ge vibrationer när det behövs.

Detta tillvägagångssätt är effektivt för att meddela dig men utnyttjar inte fullt ut det faktum att huden är det största organet i din kropp. Den är fylld med sensoriska receptorer och kan skilja mellan en mjuk knackning och ett kläm. Därför sträcker sig hudens perceptuella förmåga långt bortom den enkla vibration som din telefon ger när du får ett samtal. När ingenjörerna insåg den missade möjligheten satte de igång för att skapa en haptisk sensor som kan hantera flera typer av interaktioner.

CUTE Wearables‑studie

Studien “Cutaneous Electrohydraulic (CUTE) Wearable Devices for Pleasant Broad-Bandwidth Haptic Cues”¹ publicerades i Advanced Science den här månaden. Studien går på djupet med konceptet att använda hydrauliskt förstärkta självhelande elektrostatiska (HASEL) artificiella muskler för att skapa mer kapabla haptiska enheter.

CUTE wearables kan göra mer än att bara ge det irriterande surrandet som finns i dagens elektronik. Studien demonstrerar en systemarkitektur och en ny wearable som erbjuder flera taktila sensationer, inklusive klämning, knackning, gnidning och mer.

Source – Advanced Science

Den elektriskt drivna sensorn kan kommunicera ett enormt urval av sensationer som visade sig vara mer behagliga än den traditionella surren. Till exempel, föreställ dig att skicka någon ett kläm på sociala medier, och de plötsligt känner det i verkligheten. Ta sedan konceptet ett steg längre och föreställ dig att dela ditt hjärtslag med en älskad person på andra sidan planeten.

Mjukt aktuator

För att skapa en realistisk och levande beröringskänsla använde ingenjörerna mjuka elektrohydrauliska zip‑aktuatorer. Enheterna använder ett vätskedieelektrisk‑fyllt termoplastskal som gör dem flexibla. På varje sida av skalet får elektroderna ytan att deformeras och förändras när ström appliceras, vilket zippar mot mitten av enheten. Specifikt uppnådde teamet ett aktueringsslag på 2,44 mm.

Det är värt att notera att CUTE‑wearable utnyttjar en stapel av tio aktuatorpåsar för att förbättra aktueringskraft och kapacitet. De kompakt designade aktuatorerna är energieffektiva och möjliggör att enheten kan anpassa haptisk återkoppling för att möta ett brett urval av krav.

CUTE Wearables‑test

Ingenjörerna testade sin CUTE‑wearable‑enhet över en rad olika mått. Teamet började med att samla 14 orelaterade deltagare för att testa igenkänning av varje haptisk sensation. Gruppen delades jämnt mellan 7 kvinnor och 7 män i åldrarna 22 till 52 år.

Varje deltagare placerades i en bekväm stol. Deras icke‑dominanta hand placerades på ett armstöd, och en skärm, trådlös mus och brusreducerande hörlurar användes för att dämpa eventuell yttre störning. Ingenjörerna började sedan kommunicera med hjälp av haptisk återkoppling.

Efter varje signal ombads deltagarna att avgöra vilket spänningsmönster som bäst matchade den haptiska återkopplingen. Totalt användes sex haptiska signaler med frekvenser från 0–200 Hz. Varje signal var cirka 6 s lång.

Efter att ha hört signalen valde deltagaren sedan hur den kändes på ett emotionellt diagram. Denna del av testet hjälpte ingenjörerna att fastställa att CUTE‑wearables ger en bekväm upplevelse. Det är värt att notera att den enda haptiska återkoppling som rankades som irriterande var den traditionella som finns i din mobiltelefon.

CUTE Wearables‑testresultat

Testresultaten var imponerande. Ingenjörerna fann att 97,9 % av deltagarna kunde exakt identifiera var och en av de sex signalerna med liten ansträngning. Sex av de testade uppnådde dessutom ett perfekt resultat, vilket betyder att de kunde kommunicera olika sensationer från avslappning till spänning med enheten. Enligt resultaten kunde enheten generera krafter över 2,3 N på avstånd av +8,0 mm.

CUTE Wearables‑fördelar

Många fördelar kan göra ett mer komplext och kapabelt haptiskt system till en spelväxlare. Föreställ dig att kunna avgöra vem som ringer utan att titta, baserat på vibration eller känsla från sensorn. Förmågan att erbjuda diversifierade taktila sensationer gör det möjligt för ingenjörer att skapa mer uppslukande och hjälpsamma applikationer.

Kompakt

En annan stor anledning till att många ser denna forskning som avgörande för att skapa morgondagens elektronik är att de flesta haptiska system idag förlitar sig på tunga aktuatorer. Detta krav begränsar storleken på haptiskt återkopplingskapabel elektronik och ökar deras totala vikt. CUTE‑wearables‑arkitekturen eliminerar detta problem genom att skapa en skräddarsydd kompakt återkopplingssensor som kan stödja de minsta wearables.

Bekväm

Komfort är en av de viktigaste faktorerna som många wearable‑ingenjörer verkar glömma. Ingen vill vara obekväm hela dagen, även om det innebär att de kan ta samtal från handleden. CUTE‑wearables har en ergonomisk design och material som är avsedda att kännas som mänsklig hud. Dessutom blir dessa enheter inte varma, även efter långvarig användning. Därför är de idealiska för långsiktiga wearables och andra tillämpningar där lätta alternativ är bäst.

Tyst

En annan stor fördel med CUTE‑wearables är att de är designade för att vara tysta. Din telefon kan vara i tyst läge men alla kan höra vibrationerna i fickan. Dessutom måste du fortfarande ta den fram för att se vem det är, eller titta på din smartwatch. CUTE‑wearables skulle eliminera detta mysterium genom att låta dig skapa speciell haptisk återkoppling för varje uppringare. Detta tillvägagångssätt ger extra diskretion när det behövs.

Säker

Säkerhet är den främsta oron för CUTE‑wearable‑användare och utvecklare. Dessa enheter har en rad designfunktioner och skydd för att säkerställa att du inte behöver oroa dig för elstöt, brand eller andra möjliga risker. Till exempel integrerar CUTE‑wearables ett elastomeriskt membran och utnyttjar aktuatorinkapsling för att förhindra fara för användaren. Dessutom använder enheten endast lågresistiva elektroder, vilket ytterligare minskar risken för stötar.

Energieffektiv

En av de största fördelarna med CUTE‑wearable‑teknik är dess energieffektivitet. Enheten som testades visade att den endast krävde 3,0 mW när den höll en förlängd position. Den låga energiförbrukningen innebär att fler aktuatorer kan användas i projekt. Dessutom har CUTE‑wearables längre batteritid, vilket gör dem idealiska för nästa generations wearables som ska lanseras på marknaden under de kommande månaderna.

CUTE Wearables‑tillämpningar

Förutom att kunna driva lätta wearable‑system som kan erbjuda mer taktil respons och kommunikation finns det flera andra tillämpningar som denna teknik kan förbättra. Till exempel kan tekniken integreras i VR‑ och AR‑system för att öka realismen.

Den kan också fungera som ett sätt att ge icke‑visuell riktning till förare eller till och med synskadade. Föreställ dig att din smarta wearable knackar dig på högra handleden för att indikera att du ska svänga åt höger, eller klämmer din handled för att låta dig veta att du närmar dig den utgång du behöver.

Säkerhetssystem

En annan användningsscenario skulle vara att skapa säkerhetsvarningssystem som inkluderar taktil återkoppling. Dessa system skulle vara idealiska för upptagna och bullriga miljöer som kräver övervakning av komplexa parametrar. I framtiden kan ett enkelt kläm på handleden låta en säkerhetsinspektör veta att de måste stänga av en ventil eller vidta andra åtgärder.

CUTE Wearables‑forskare

Forskningen för CUTE‑wearables‑studien genomfördes vid Max Planck‑institutet för intelligenta system. Specifikt hade Haptic Intelligence‑avdelningen i uppdrag att göra enheten funktionell. De fick stöd av Katherine J. Kuchenbecker samt av avdelningen för robotmaterial. Nu söker teamet att expandera sin skapelse och se vilka andra användningsscenarier som kan uppnås.

Företag som skulle kunna introducera CUTE Wearables‑teknik och blomstra

Flera företag skulle kunna dra nytta av detaljerna i denna studie. Från smartwatch‑ och telefon‑tillverkare till smarta bil‑ och klädfabriker finns det många användningsområden för denna teknik. Här är ett företag som skulle kunna få omedelbara fördelar av integration.

Garmin

Garmin (GRMN ) gick in på marknaden som leverantör av navigationssystem 1989. Ursprungligen kallat ProNAV, startade företagets grundare, Gary Burrell och Min Kao, med fokus på flyg‑ och marin verksamhet. Tio år senare hade deras teknik utvecklats tillräckligt för att vara användbar i handhållna enheter för den genomsnittliga bilisten.

Garmon är en ledande GPS‑leverantör och ett av de mest kända namnen i branschen. De har utökat sitt sortiment för att inkludera wearables, fitness‑spårare, hundspårare och mycket mer. Integration av ett CUTE‑wearables‑återkopplingssystem skulle kunna öppna dörren för mer kapabla och användarvänliga enheter.

Det är värt att notera att Garmin har gjort flera stora förvärv sedan starten. Varje förvärv har lagt till företagets wearables‑kapacitet. Följaktligen är de idag bland de tre största smartwatch‑tillverkarna i världen. Analytiker förutspår därför att företaget kommer att fortsätta växa i takt med att wearables‑marknaden expanderar.

CUTE Wearables – ett nytt sätt att kommunicera

CUTE‑wearables‑konceptet är en stor uppgradering av ett system som inte har sett mycket förändring på årtionden. Tänk på det, personsökare hade en liknande vibrationsfunktion som dagens mest avancerade smartphones. Tack vare detta geniala forskarlag kan din elektronik snart kunna skicka diskreta, komplexa och lättigenkännliga meddelanden till dig, enbart med beröring.

Learn about other cool tech projects now.

Studierreferens:

^{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}