HydroHaptics: Mjuka ytor med verklig kraftåterkoppling

Känsel är en av våra viktigaste sinnen, och den börjar utvecklas redan innan vi föds. Det är faktiskt det tidigaste sinnet som utvecklas i mänsklig embryologi.

Som en integrerad del av våra liv uppstår beröring när specialiserade neuroner känner av taktil information från huden och förmedlar den till hjärnan, där den uppfattas som temperatur, tryck, smärta och vibration.

Våra sensoriska neuroner är mycket varierade, med sina ändar placerade i olika sensoriska strukturer. Dessa neuroner arbetar i samklang för att upptäcka många olika egenskaper av beröring.

Allteftersom vår förståelse för det intrikata språket i beröring har vuxit, har även vår förmåga att återskapa det genom teknik ökat. Det är här haptik kommer in, ett framväxande område som översätter den sensoriska rikedom som mänsklig beröring erbjuder till digitala och mekaniska upplevelser.

Härrör sig från det grekiska ordet ‘haptein’, som betyder kontakt eller att röra, refererar haptik till avkänning och manipulation genom beröring. Det innebär också användning av teknik för att skapa taktila sensationer som vibrationer eller kraftåterkoppling. Exempel inkluderar spelkontroller, smartphone‑vibrationer, robotkirurgi och virtuell verklighet.

Haptik möjliggör för en användare att beröra och känna av avlägsna objekt indirekt. Specialenheter som joysticks och dataglor ger återkoppling från datorprogram i form av taktila sensationer. Genom att tillhandahålla kraftåterkoppling till dem som interagerar med virtuella miljöer skapar haptik ett tvåvägsflöde av information.

Utvecklingen av haptiska teknologier 

Svep för att rulla →

Sedan introduktionen för ungefär ett halvt sekel sedan har haptik utvecklats till ett sofistikerat område där sensationer som textur, temperatur, tryck och till och med mjukhet kan konstrueras in i vardagsföremål. Denna nya generation av haptik lovar att föra digitala upplevelser närmare verklig, fysisk interaktion.

Det mångsidiga utbudet av haptiska teknologier som formar dagens gränssnitt visar hur snabbt tekniken har utvecklats.

Smartphones och wearables använder vibrotaktil återkoppling för att generera vibrationer, medan elektrostatisk haptik i touchskärmar och styrplattor skapar en illusion av textur eller friktion på en annars slät skärm. Termisk haptik simulerar temperaturförändringar för att ge mer realism i virtuella interaktioner.

Kraftåterkoppling lägger till en känsla av tryck eller rörelse för att göra interaktioner mer verkliga. Haptiska aktuatorer & motorer är det som får dig att känna motstånd på en spelkontroll eller en VR‑enhet.

Utöver dessa möjliggör framväxande smarta material som elektroaktiva och magnetorheologiska polymerer, som förändrar form eller fasthet när de utsätts för elektriska eller magnetiska fält, flexibel haptisk återkoppling.

Sedan finns piezoelektrisk haptik för precis och lokaliserad återkoppling med hjälp av spänning. Små laterala krafter appliceras på huden, medan mikrofluidisk haptik använder små vätskekanaler för att simulera beröringskänslor.

Ytterligare en teknik i detta växande område är pneumatiska och hydrauliska haptik, som används för att simulera greppstyrka, vikt eller påverkan genom att utnyttja luft- eller vätsketryck.

Bland dessa har hydraulisk haptik fått stort genomslag bland forskare som en högupplöst haptisk teknik. Denna framväxande teknik erbjuder kraftfulla och realistiska sensationer som överträffar kapaciteten hos äldre vibrationsbaserade haptik.

Användningen av vätskor här möjliggör skapandet av stark, precis och mycket dynamisk kraftåterkoppling. Dessutom kan hydrauliska haptiska system leverera snabba och realistiska termiska sensationer genom att snabbt cirkulera vatten med olika temperaturer. Dessutom kan hydrauliska och pneumatiska system integreras i mjuka, flexibla enheter, vilket möjliggör mer naturlig bärbar haptik som minskar användartrötthet och behåller fingerfärdighet.

Med nuvarande haptiska enheter som ofta är skrymmande och stela, vilket gör dem olämpliga för allmän interaktion, har forskare adresserat denna nackdel genom att utveckla miniatyriserade hydrauliska pumpar och aktuatorer, vilket möjliggör skapandet av små, bärbara enheter som är mycket mer praktiska för daglig användning.

Till exempel, för några år sedan samarbetade forskare från Autodesk Research, University of Manitoba och University of Toronto för att skapa HydroRing¹, en enhet som bärs på fingret för att leverera taktila sensationer av temperatur, vibration och tryck för att möjliggöra blandade verklighets‑haptiska interaktioner. 

När den är aktiv levererar denna bärbara enhet sensationer med hjälp av vätska som färdas genom ett tunt, flexibelt rör som bärs över fingertoppsplattan. I passivt läge har den minimal påverkan på användarens fingerfärdighet och deras uppfattning av stimuli.

Mer nyligen introducerade forskare från Georgia Tech deras mjuka haptiska ring², som kombinerar pneumatiskt och hydrauliskt driv för att efterlikna mjukhet, ojämnhet och termik på den proximala falangen. Denna ring, tillverkad av EcoFlex 00-30 silikon för att matcha de mekaniska egenskaperna hos mänsklig hud, möjliggör för bäraren att använda fingertopparna för att utforska omgivningen. 

Dess design möjliggör leverans av vibration genom pneumatiskt uppblåsning, termiska sensationer genom cirkulerande vatten i en hydraulisk krets, och tryck samtidigt. 

Efter att ha utvärderat ringens effektivitet och återgivningstekniker genomförde forskarna en användarstudie med 15 deltagare. De fann en noggrannhetsgrad på upp till 90 % i deltagarnas förmåga att matcha virtuella texturer med verkliga. Flerdimensionella adjektivbetyg indikerar också att enheten effektivt kommunicerade distinkta taktila sensationer över olika modaliteter.

För några år sedan tog forskare från Carnegie Mellon University tekniken ett steg längre genom att utveckla hydraulisk‑baserad haptik³ så tunn som bara 5 mm, som kan integreras i en OLED‑skärm för att möjliggöra fysiska känsliga notiser på pekskärmen. 

Den nya display‑tekniken kan låta användare ha ett mer uppslukande och interaktivt sätt att engagera sig med notiser, trycka på knappar och skriva på tangentbordet. Prototypen, enligt forskarna, kan även möjliggöra dynamiska gränssnitt på andra enheter såsom musikspelare, spel, elbilar och mer.

Nu har forskare vid University of Bath utvecklat en responsiv ny teknik⁴ kallad HydroHaptics som svarar på även knackningar och klämningar.

Varför hydraulisk haptik överträffar pneumatik (HydroHaptics förklarat)

Mjuka och flexibla gränssnitt erbjuder unik interaktionspotential men lider av begränsad kraftåterkoppling. Här är pneumatiska metoder inte lämpliga eftersom de saknar respons och precision, medan mikrohydrauliska lösningar har begränsad inmatning.

Därför är hydrauliska system det perfekta alternativet. Hydrauliska system använder vätska som arbetsmedium, till skillnad från pneumatiska metoder som använder luft, vars kompressibilitet begränsar hastighet och noggrannhet för kraft och förflyttning av utsignalen. Vätskan möjliggör större precision samt mer responsiv utsignal.

De nuvarande interaktiva hydrauliska modellerna använder främst mikrohydraulik, som kan ge ökad kontroll men har volymbegränsningar, vilket begränsar gränssnittet till små knappar och därmed påverkar inmatningsflexibiliteten och formens mångfald.

När man designar hydrauliska interaktiva system måste man också hantera läckage, begränsad bakådrivbarhet och behovet av specialiserade komponenter, vilket gör det svårare att realisera dem.

Därför har forskarna skapat HydroHaptics, ett nytt system som möjliggör högupplöst kraftåterkoppling på deformerbara gränssnitt via hydrostatisk transmission. Denna plattform kan förbättra kvaliteten på kraftåterkoppling på mjuka gränssnitt, samtidigt som den behåller de egenskaper som möjliggör rika användarupplevelser, dvs. flexibilitet, mjukhet och frihet i inmatning.

Denna teknik har flera fördelar. Till att börja med drivs den av en borstlös DC‑motor och kräver inga pumpar, ventiler eller regulatorer. Genom att utnyttja tillgängligheten, prisvärdheten och kontrollmöjligheterna hos den kompakta motorn kan forskarna skapa kraftåterkopplingseffekter på HydroHaptics.

Genom att vara designad med färre komponenter för skalbarhet minskar systemets mottaglighet för läckage samtidigt som det blir anpassningsbart till större gränssnitt. De flesta komponenter som används i systemet är också antingen standarddelar eller 3D‑utskrivna.

Dessutom är HydroHaptics i grunden tvåvägs för att möjliggöra både avkänning av kraftinmatningsinteraktioner och leverera kraftåterkoppling. Detta innebär att den nya tekniken möjliggör tvåvägskommunikation mellan en person och objektet som de håller i eller bär.

Tillsammans ger alla dessa fördelar unika möjligheter att utforska haptiska interaktioner på mjuka gränssnitt och utveckla nya deformerbara enheter.

HydroHaptics är nu ett öppen‑källkods‑system med en sluten hydraulisk cell som innehåller en fast mängd vätska, som är oförcompressibel och hydrauliskt kopplar de två flexibla ytorna i cellen. Detta möjliggör överföring av tvåvägskraft mellan dem.

En linjär mekanisk aktuator fungerar som den haptiska motorn, som kan leverera kraftåterkoppling genom att förflytta vätskan och överföra kraft till det deformerbara gränssnittet. För att låta gränssnittet deformeras rör sig samma motor som svar på den kraft som appliceras på det deformerbara gränssnittet samtidigt som trycket i den hydrauliska cellen hålls, vilket är justerbart för att återge olika styvhetsnivåer.

Med detta tillvägagångssätt kan användare känna vibrationer, skarpa klick och varierande motstånd medan ytan behåller sin naturliga mjukhet och flexibilitet, oavsett hur man trycker, knyter eller vrider den, ”något som, fram till nu, helt enkelt inte har varit möjligt,” sade studiens medledare James Nash, som är doktorand i datavetenskap vid Bath.

Således kan en individ knyta, knacka eller vrida ett objekt som en böjlig datormus, ett plagg eller en kudde, och det objektet kommer att svara på ett uttrycksfullt och meningsfullt sätt, till exempel genom att dämpa ljuset, skulptera på en skärm eller byta TV‑kanal.

Användarens inmatning kan också avkännas genom att övervaka det interna trycket.

”Användarens inmatning avkänns av systemet genom objektet, och användaren känner sedan systemets haptiska respons genom den deformerbara ytan.”

– Studieledare Professor Jason Alexander från Institutionen för datavetenskap vid Bath.

På så sätt möjliggör HydroHaptics distinkta haptiska upplevelser på mjuka, deformerbara gränssnitt, vilket för närvarande är opraktiskt med befintliga metoder.
Med HydroHaptics öppnar forskarna dörrarna till spännande möjligheter för beröringsbaserade interaktioner med vardagliga föremål. Tekniken kan starkt gynna spel, bärbar teknik, medicinsk simulering, produktdesign och andra områden.

Nästa våg av människa-datorinteraktion

Teamet av datavetare från Bath presenterade sin studie om HydroHaptics på ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) för några veckor sedan, där artikeln fick ett hedersomnämnande.

I sin nuvarande form är systemet cylindriskt, med en deformerbar kupol av silikon på toppen, vilket bildar den exponerade översidan av cellen, vars botten också är förseglad med ett flexibelt silikonmembran. Direkt under cellen finns en trycksensor och en skruvkaross som drivs av DC‑motorn.

När användaren interagerar med kupolen, genom att trycka eller klämma den, förflyttar de vattnet, vilket får det att trycka ner och sträcka den nedre membranen. Sensorn upptäcker den resulterande tryckökningen och matchar den till motsvarande gest och kommando.

För att ge taktil återkoppling använder enheten motorn för att komprimera cellen från undersidan, vilket skjuter kupolen uppåt mot användarens finger och skapar en känsla av en oscillerande vibration, ett distinkt klick eller en spänd tryckknapp.

För att demonstrera HydroHaptics förmåga att förbättra interaktion genom finfördelad kraftåterkoppling integrerade teamet den i fyra vardagliga tillämpningar.

En kraftförstärkt, deformerbar datormus med en mjuk silikonkupol som tillät användare att skulptera digitala objekt på en skärm genom att trycka och deformera musens yta.

En liten interaktiv kudde som levererar haptisk återkoppling samtidigt som den behåller sin mjukhet. En HydroHaptic‑påse placerades i kudden för att styra smarta enheter när den trycks eller kläms.

En ryggsäck som ger kroppsnära kraftåterkoppling via remmarna. Den levererade smartphone‑aviseringar genom axelknackningar och tryck, vilket också kan användas för navigation.

En 3D‑utskriven kraftförstärkt joystick förbättrad med HydroHaptic‑teknik för att öka videospelsimmersionen. Den haptiska återkopplingen gav spelare under spelet för att simulera spänning, motstånd eller skarp påverkan.

Dessa tillämpningar demonstrerar integrationen av högkvalitativ haptisk återkoppling i mjuka, flexibla gränssnitt och objekt för första gången. Teamet ser stor potential för deras teknik över ett brett spektrum av interaktiva enheter.

”Våra experiment visar att detta är ett pålitligt system för att låta en människa interagera med mjuka objekt på ett meningsfullt sätt som kommer att förbättra hur vi lever och arbetar.”

– Professor Jason Alexander

För att illustrera HydroHaptics potential gav han exemplet med en användare som känner fysiska effekter i kudden de lutar sig mot, vilket speglar vad som händer på TV:n framför dem. Till exempel vibration i kudden när en bil kör på en guppig väg på TV:n, eller att kudden blir fast när någon slår i en hård vägg. Ett annat exempel är ryggsäcksbäraren, som inte behöver sin telefon för navigation eftersom remmarna guidar dem med mjuka klämningar mot axeln.

”Detta är bara två av de många sätt som denna teknik kan integreras i våra liv inom en inte alltför avlägsen framtid.”

– Alexander

För att utvärdera prestandan hos deras teknik körde teamet en serie tekniska bedömningar med en högprecisions‑robotarm och genomförde en användarstudie. Under studien demonstrerade teamet HydroHaptics förmåga att skapa distinkta haptiska effekter med en genomsnittlig identifieringsnoggrannhet på 82,6 % över alla effekter och 92,8 % på den mest distinkta effekten.

Medan andra forskargrupper också arbetar med mjuka, deformerbara gränssnitt och har producerat prototyper som visar starkt lokaliserade sensationer eller olika nivåer av lågupplöst återkoppling, har de inte nått HydroHaptics nivå av skala, precision och upplösning.

Teamet tror att HydroHaptics‑produkter kan vara marknadsklara snart, om intresset för deras teknik är någon indikation. ”Givet tillräckliga resurser skulle det inte vara orealistiskt att detta blir en produkt inom ett eller två år,” sade Professor Alexander.

Men naturligtvis måste teamet först förfina den haptiska motorn så att dess volym kan minskas och göras lämplig för kommersiella tillämpningar.

Systemet är inte utan tekniska begränsningar. Som artikeln noterade kan luft fastna i den hydrauliska cellen eller läcka in i systemet över tid, vilket kan minska dess prestanda. Dessutom skapar hög utsläppstryck behov av betydande kraft, vilket kan leda till termiska problem.

När det gäller den haptiska motorn beror teamets tillvägagångssätt på att den är stel, och även om den kan separeras via en flexibel slang måste den förbli ansluten till gränssnittet, vilket inte alltid är genomförbart för helt deformerbara gränssnitt. Studien noterade:

”HydroHaptics representerar ett meningsfullt steg mot det långsiktiga målet att uppnå fullt deformerbara haptiska kraftåterkopplingssystem, och framtida arbete bör syfta till att minska antalet och storleken på stela komponenter.”

Investera i haptisk teknik

Texas Instruments (TXN ) är en halvledargigant som utvecklar analoga och inbäddade processorchips för olika marknader inklusive personliga elektronik, fordonsindustri, kommunikationsutrustning, industri och företagsystem.
TI är också en stor aktör inom haptikindustrin och tillhandahåller integrerade lösningar som inkluderar haptiska drivrutiner, pekskärmskontroller och mjukvarubibliotek för att generera taktil återkoppling i konsumentelektronik och industriella produkter.

Texas Instruments (TXN )

Med ett börsvärde på 160,5 miljarder dollar handlas TXN‑aktier för närvarande till 176,93 $, ner 5,83 % år‑till‑datum men upp 26,4 % sedan aprilens lägsta nivå. TXN‑aktier nådde faktiskt ett rekordhögt (ATH) på 221,69 $ i juli.
Texas Instruments har ett EPS (TTM) på 5,28 och ett P/E‑tal (TTM) på 33,46. En utdelningsavkastning på 3,22 % erbjuds aktieägarna. Den 16 okt. deklarerade TI en kvartalsvis kontantutdelning på 1,42 $ per vanlig aktie. Utdelningen ökades med 4 % förra månaden, vilket markerar 22 på varandra följande år av ökningar.

Senaste resultat (Q2 2025): Texas Instruments rapporterade 4,45 miljarder $ i intäkter (+16 % YoY, +9 % QoQ), cirka 1,30 miljarder $ i nettoresultat och 1,41 $ EPS. Ledningen förväntade Q3‑intäkter på 4,45–4,80 miljarder $. Fritt kassaflöde (TTM) var cirka 1,8 $B i Q2‑2025‑rapporten.

Slutsats

Allteftersom haptikens värld expanderar och växer, representerar HydroHaptics ett paradigmskifte i hur vi kommer att röra vid och bli rörda av teknik. Genom att kombinera mjuka, deformerbara gränssnitt med exakt kraftåterkoppling öppnar tekniken dörren till rikare, mer naturliga interaktioner med våra enheter och omgivningar. 

Från uppslukande underhållning till medicinsk utbildning och smarta hem, kan denna teknik omdefiniera hur människor och maskiner kommunicerar.

Referenser:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing: Stöd för blandad verklighets‑haptik med vätskeflöde. 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 multimodala texturer med en mjuk hydro‑pneumatisk haptisk ring. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., & Harrison, C. (2023). Flat Panel Haptics: Inbäddade elektroosmotiska pumpar för skalbara formdisplayar. I Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (Artikel 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: Högupplöst kraftåterkoppling på mjuka deformerbara gränssnitt med hydrostatisk transmission. 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) (Artikel nr 59). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679