25 نوفمبر 2023 (أضواء Nanowerk) منذ أوائل التسعينيات، دفع السعي لتعزيز تجارب الواقع الافتراضي والمعزز والمختلط الباحثين إلى الابتكار في مجال الواجهات اللمسية. تهدف هذه الواجهات إلى توفير ردود فعل لمسية واقعية، وهو عنصر مهم للبيئات الرقمية الغامرة بالكامل. ومع ذلك، فإن تطوير أنظمة لمسية ليست خفيفة الوزن ومريحة فحسب، بل قادرة أيضًا على نقل مجموعة من الأحاسيس اللمسية، كان يمثل تحديًا كبيرًا ومستمرًا. حققت الأجهزة الحديثة القابلة للارتداء والتي تستخدم سبائك ذاكرة الشكل، أو علم الخصائص الهوائية المعتمد على الهواء، أو الإلكترونيات المرنة المغلفة بالمطاط الصناعي خطوات كبيرة على جبهة الراحة. لكن هذه الأساليب الحالية تظل محدودة في قدرتها على توفير إشارات لمسية دقيقة تتجاوز الاهتزاز البسيط. وهذا يحد من نطاق المعلومات التي يمكنهم توصيلها للمستخدمين بشكل حدسي. ونتيجة لذلك، لا تزال اللمسات الحالية تمثل عنق الزجاجة اللمسي الذي يعيق نطاق التفاعلات الافتراضية. الآن، أعلن باحثون في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) عن تقدم كبير المنسوجات الذكية الذي يعالج هذه القيود. يجمع النسيج المساعد اللمسي القابل للارتداء (WHAF) بين قابلية الارتداء الرائعة والقدرة الرائعة على توليد أنماط لمسية معقدة مكانيًا وزمانيًا. يتم نشر النتائج في المواد المتقدمة ("بنية عقدة SMA المساعدة سهلة الارتداء للحصول على ردود فعل لمسية زمانية مكانية ومتعددة الوسائط").
رسم تخطيطي لتصنيع WHAF وخصائصه الهيكلية. أ) رسم توضيحي تخطيطي لكيفية تصرف نسيج SMA المعقد المساعد عند تطبيق قوة خارجية لتشويه الهيكل وتسخينه للعودة إلى شكله المحفوظ مسبقًا. ب) ميزة ملائمة الشكل لـ WHAF التي تغطي كرة أرضية وكرة قدم ذات شكل كروي منتفخ. أشرطة النطاق: 15 ملم (يسار) و 45 ملم (يمين). ج) صورة توضح نسيج SMA ذو العقد الإضافية المُصنَّع كقماش نشط متصل بنسيج سلبي عن طريق الخياطة البسيطة. تُظهر الصورة المكبرة، الموضحة بالنقاط الحمراء، كيفية تشابك أسلاك SMA وعقدها لتشكل فسيفساء لوحدة إعادة الدخول. تُظهر الصورة المكبرة، الموضحة بالنقاط الزرقاء، كيفية خياطة حواف القماش النشط مع القماش السلبي. د) مقارنة تدفق التيار داخل أسلاك SMA العارية وأسلاك SMA المطلية بمادة الباريلين، وكلاهما لهما اتصال مادي عند نقطة واحدة. توضح الصورة أدناه كيف ينتج تسخين الجول المحدد للمنطقة مع تقلص أعمدة الطاقة الكهربائية المطبقة فقط. هـ) رسوم توضيحية تخطيطية توضح WHAF الذي يتم ارتداؤه لتوفير ردود فعل قوة اللمس الخاصة بمنطقة معينة، أو ليكون بمثابة مستشار تمرين شخصي من خلال توفير ردود فعل حركية. (أعيد طبعها بإذن من Wiley-VCH Verlag) إن السلوكيات الجسدية الديناميكية غير المعتادة لـ WHAF مستمدة من بنيتها الفوقية الجديدة. قام الباحثون بتشابك وعقد أزواج من أسلاك السبائك ذات الذاكرة الشكلية المستجيبة بشكل معقد في ترتيب شبكي مساعد يظهر هندسة إعادة الدخول. تمكن هذه الهيكلية WHAF من التوسع أو الانكماش بشكل كامل في ثلاثة أبعاد - مما يعرض تأثير نسبة بواسون السلبي النادر غير المرئي في الأقمشة العادية. تتوسع الهياكل المساعدة بشكل عمودي عند تمديدها بدلاً من ترققها، مما يمنح توافقًا ممتازًا.
يشير مصطلح "Auxetic" إلى خاصية المواد التي تتصرف بطريقة غير بديهية عند تمديدها أو ضغطها. في معظم المواد، عندما تقوم بفصلها (تمديدها)، فإنها تصبح أرق في الاتجاه العمودي، وعندما تضغطها، فإنها تتوسع في الاتجاه العمودي. يتم قياس ذلك بواسطة خاصية تسمى نسبة بواسون، وهي إيجابية بالنسبة لهذه المواد النموذجية.
ومع ذلك، في المواد المساعدة، يتم عكس هذا السلوك. عند مد المواد المساعدة فإنها تصبح أكثر سمكًا في الاتجاه العمودي، وعندما تقوم بضغطها تصبح أرق في الاتجاه العمودي. وهذا يعني أن المواد المساعدة لها نسبة بواسون سلبية.
تمنح هذه الخاصية غير العادية المواد المساعدة مزايا فريدة، مثل امتصاص الطاقة العالية ومقاومة الكسر، ويمكن أن تعزز خصائص أخرى مثل صلابة القص. نظرًا لهذه الخصائص، تجد المواد المساعدة تطبيقات في مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك معدات الحماية والأجهزة الطبية والفضاء، وكما في حالة المقالة، المنسوجات المتقدمة للتغذية المرتدة اللمسية في بيئات الواقع الافتراضي. إن قدرتها على التوسع في جميع الاتجاهات عند تمديدها يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص في إنشاء منتجات أكثر راحة وقدرة على التكيف وفعالية.
إلى جانب ضمان قابلية التمدد الممتازة والثنيات وتوافق الشكل من أجل ملاءمة مثالية للبشرة، فإن البنية المساعدة لـ WHAF تمنحها موهبة متميزة. ومن خلال الاستفادة من الترابط الشبكي، قام الفريق بتطبيق ميكروفيلم رقيق عازل للتحكم بشكل منفصل في تسخين وصلات الأسلاك الفردية داخل العقد. ونتيجة لذلك، يمكن للجهد تنشيط مناطق النسيج المحلية بشكل انتقائي. ويحقق هذا تفعيلًا محددًا للمنطقة غير مسبوق بالنسبة للمنسوجات اللمسية، مما يفتح إمكانيات التحفيز الزماني المكاني.
في حين أن الأقمشة الذكية السابقة المصنوعة من سبائك ذات ذاكرة الشكل يمكن أن تظهر فقط انكماشًا موحدًا كليًا، فإن التحكم المجزأ في WHAF يسمح بأنماط معقدة من الضغط وموجات الضغط الكاسحة. ينظر المستخدمون إلى هذه التسلسلات اللمسية المعقدة على أنها أشكال وأنسجة وحركات ملموسة يمكن تمييزها. على سبيل المثال، أظهر الباحثون أن WHAF يقوم بتوصيل إشارات الاتجاه من خلال نبضات الضغط المتسلسلة حول الساعد.
بالإضافة إلى ذلك، يؤدي تعديل الجهد إلى ضبط توقيت إخراج القوة والصلابة في المناطق المشغلة. بالإضافة إلى التصاقه الممتاز بالجلد بمجرد ارتدائه، فإن هذا يمكّن WHAF خفيف الوزن من توفير ردود فعل مقاومة حركية يمكن تمييزها بسهولة. وأظهر الباحثون أن ارتداء القماش على المفاصل يحول ثني الأصابع وثني الذراع إلى حركات أكثر شدة بشكل ملحوظ.
أثبتت اختبارات المستخدم الدقة الفائقة والحدس للمفردات اللمسية الواسعة في WHAF. حدد المشاركون بشكل موثوق المطالبات الملاحية الاتجاهية والأنماط المكانية التي يتم تسليمها من خلال النسيج. ومن ثم، يعمل WHAF على تمكين التطبيقات العملية مثل الملاحة المحمولة بدون استخدام اليدين. وفي الوقت نفسه، في محاكاة افتراضية غامرة للمركبة الجوالة، نجحت تقنيات WHAF اللمسية في السماح للمستخدمين بالتوجيه حول تضاريس الحفرة المسدودة على الرغم من الغبار الذي يعيق الرؤية.
يقترح الباحثون أن نسيجهم الذكي المساعد القابل للتكيف يشكل اختراقًا متعدد الوسائط في الواجهة اللمسية. تساعد قابلية ارتداء WHAF التي لا مثيل لها وقدرات التشغيل الديناميكية على حل القيود الرئيسية في الأقمشة والجلود للواقع الافتراضي التفاعلي. إن نقلها لأحاسيس اللمس الدقيقة من خلال إشارات تمتد للطريقة سهلة الفهم يمكن أن يعزز بشكل كبير الحدس والقدرة على المناورة عند استكشاف المساحات الرقمية.
رسم تخطيطي لتصنيع WHAF وخصائصه الهيكلية. أ) رسم توضيحي تخطيطي لكيفية تصرف نسيج SMA المعقد المساعد عند تطبيق قوة خارجية لتشويه الهيكل وتسخينه للعودة إلى شكله المحفوظ مسبقًا. ب) ميزة ملائمة الشكل لـ WHAF التي تغطي كرة أرضية وكرة قدم ذات شكل كروي منتفخ. أشرطة النطاق: 15 ملم (يسار) و 45 ملم (يمين). ج) صورة توضح نسيج SMA ذو العقد الإضافية المُصنَّع كقماش نشط متصل بنسيج سلبي عن طريق الخياطة البسيطة. تُظهر الصورة المكبرة، الموضحة بالنقاط الحمراء، كيفية تشابك أسلاك SMA وعقدها لتشكل فسيفساء لوحدة إعادة الدخول. تُظهر الصورة المكبرة، الموضحة بالنقاط الزرقاء، كيفية خياطة حواف القماش النشط مع القماش السلبي. د) مقارنة تدفق التيار داخل أسلاك SMA العارية وأسلاك SMA المطلية بمادة الباريلين، وكلاهما لهما اتصال مادي عند نقطة واحدة. توضح الصورة أدناه كيف ينتج تسخين الجول المحدد للمنطقة مع تقلص أعمدة الطاقة الكهربائية المطبقة فقط. هـ) رسوم توضيحية تخطيطية توضح WHAF الذي يتم ارتداؤه لتوفير ردود فعل قوة اللمس الخاصة بمنطقة معينة، أو ليكون بمثابة مستشار تمرين شخصي من خلال توفير ردود فعل حركية. (أعيد طبعها بإذن من Wiley-VCH Verlag) إن السلوكيات الجسدية الديناميكية غير المعتادة لـ WHAF مستمدة من بنيتها الفوقية الجديدة. قام الباحثون بتشابك وعقد أزواج من أسلاك السبائك ذات الذاكرة الشكلية المستجيبة بشكل معقد في ترتيب شبكي مساعد يظهر هندسة إعادة الدخول. تمكن هذه الهيكلية WHAF من التوسع أو الانكماش بشكل كامل في ثلاثة أبعاد - مما يعرض تأثير نسبة بواسون السلبي النادر غير المرئي في الأقمشة العادية. تتوسع الهياكل المساعدة بشكل عمودي عند تمديدها بدلاً من ترققها، مما يمنح توافقًا ممتازًا.
يشير مصطلح "Auxetic" إلى خاصية المواد التي تتصرف بطريقة غير بديهية عند تمديدها أو ضغطها. في معظم المواد، عندما تقوم بفصلها (تمديدها)، فإنها تصبح أرق في الاتجاه العمودي، وعندما تضغطها، فإنها تتوسع في الاتجاه العمودي. يتم قياس ذلك بواسطة خاصية تسمى نسبة بواسون، وهي إيجابية بالنسبة لهذه المواد النموذجية.
ومع ذلك، في المواد المساعدة، يتم عكس هذا السلوك. عند مد المواد المساعدة فإنها تصبح أكثر سمكًا في الاتجاه العمودي، وعندما تقوم بضغطها تصبح أرق في الاتجاه العمودي. وهذا يعني أن المواد المساعدة لها نسبة بواسون سلبية.
تمنح هذه الخاصية غير العادية المواد المساعدة مزايا فريدة، مثل امتصاص الطاقة العالية ومقاومة الكسر، ويمكن أن تعزز خصائص أخرى مثل صلابة القص. نظرًا لهذه الخصائص، تجد المواد المساعدة تطبيقات في مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك معدات الحماية والأجهزة الطبية والفضاء، وكما في حالة المقالة، المنسوجات المتقدمة للتغذية المرتدة اللمسية في بيئات الواقع الافتراضي. إن قدرتها على التوسع في جميع الاتجاهات عند تمديدها يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص في إنشاء منتجات أكثر راحة وقدرة على التكيف وفعالية.
إلى جانب ضمان قابلية التمدد الممتازة والثنيات وتوافق الشكل من أجل ملاءمة مثالية للبشرة، فإن البنية المساعدة لـ WHAF تمنحها موهبة متميزة. ومن خلال الاستفادة من الترابط الشبكي، قام الفريق بتطبيق ميكروفيلم رقيق عازل للتحكم بشكل منفصل في تسخين وصلات الأسلاك الفردية داخل العقد. ونتيجة لذلك، يمكن للجهد تنشيط مناطق النسيج المحلية بشكل انتقائي. ويحقق هذا تفعيلًا محددًا للمنطقة غير مسبوق بالنسبة للمنسوجات اللمسية، مما يفتح إمكانيات التحفيز الزماني المكاني.
في حين أن الأقمشة الذكية السابقة المصنوعة من سبائك ذات ذاكرة الشكل يمكن أن تظهر فقط انكماشًا موحدًا كليًا، فإن التحكم المجزأ في WHAF يسمح بأنماط معقدة من الضغط وموجات الضغط الكاسحة. ينظر المستخدمون إلى هذه التسلسلات اللمسية المعقدة على أنها أشكال وأنسجة وحركات ملموسة يمكن تمييزها. على سبيل المثال، أظهر الباحثون أن WHAF يقوم بتوصيل إشارات الاتجاه من خلال نبضات الضغط المتسلسلة حول الساعد.
بالإضافة إلى ذلك، يؤدي تعديل الجهد إلى ضبط توقيت إخراج القوة والصلابة في المناطق المشغلة. بالإضافة إلى التصاقه الممتاز بالجلد بمجرد ارتدائه، فإن هذا يمكّن WHAF خفيف الوزن من توفير ردود فعل مقاومة حركية يمكن تمييزها بسهولة. وأظهر الباحثون أن ارتداء القماش على المفاصل يحول ثني الأصابع وثني الذراع إلى حركات أكثر شدة بشكل ملحوظ.
أثبتت اختبارات المستخدم الدقة الفائقة والحدس للمفردات اللمسية الواسعة في WHAF. حدد المشاركون بشكل موثوق المطالبات الملاحية الاتجاهية والأنماط المكانية التي يتم تسليمها من خلال النسيج. ومن ثم، يعمل WHAF على تمكين التطبيقات العملية مثل الملاحة المحمولة بدون استخدام اليدين. وفي الوقت نفسه، في محاكاة افتراضية غامرة للمركبة الجوالة، نجحت تقنيات WHAF اللمسية في السماح للمستخدمين بالتوجيه حول تضاريس الحفرة المسدودة على الرغم من الغبار الذي يعيق الرؤية.
يقترح الباحثون أن نسيجهم الذكي المساعد القابل للتكيف يشكل اختراقًا متعدد الوسائط في الواجهة اللمسية. تساعد قابلية ارتداء WHAF التي لا مثيل لها وقدرات التشغيل الديناميكية على حل القيود الرئيسية في الأقمشة والجلود للواقع الافتراضي التفاعلي. إن نقلها لأحاسيس اللمس الدقيقة من خلال إشارات تمتد للطريقة سهلة الفهم يمكن أن يعزز بشكل كبير الحدس والقدرة على المناورة عند استكشاف المساحات الرقمية.
By
مايكل
بيرجر
- مايكل مؤلف لثلاثة كتب للجمعية الملكية للكيمياء:
جمعية النانو: دفع حدود التكنولوجيا,
تقنية النانو: المستقبل صغيرو
هندسة النانو: المهارات والأدوات التي تجعل التكنولوجيا غير مرئية
حقوق الطبع والنشر ©
نانويرك ذ
كن مؤلفًا ضيفًا في Spotlight! انضم إلى مجموعتنا الكبيرة والمتنامية من المساهمين الضيوف. هل نشرت للتو ورقة علمية أو لديك تطورات أخرى مثيرة لمشاركتها مع مجتمع تكنولوجيا النانو؟ إليك كيفية النشر على nanowerk.com.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64111.php
