スマートテキスタイルのブレークスルーにより、没入型 VR 体験のための直感的かつ動的な触覚フィードバックが可能

25 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerkスポットライト) 1990 年代初頭以来、仮想現実、拡張現実、複合現実体験を強化する探求により、研究者は触覚インターフェイスの分野で革新を進めてきました。これらのインターフェイスは、完全に没入型のデジタル環境にとって重要なコンポーネントであるリアルなタッチフィードバックを提供することを目的としています。しかし、軽量で快適なだけでなく、さまざまな触感を伝えることができる触覚システムの開発は、現在進行中の重要な課題です。形状記憶合金、空気ベースの空気圧、またはエラストマーに封入された柔軟な電子機器を使用した最近のソフトウェアラブルデバイスは、快適さの面で進歩を遂げています。しかし、これらの既存のアプローチでは、単純な振動を超えた微妙な触覚信号を提供する能力には依然として限界があります。これにより、ユーザーに直感的に伝達できる情報の幅が制限されます。その結果、現在のハプティクスは依然として仮想インタラクションの範囲を妨げる触覚のボトルネックとなっています。今回、韓国科学技術院（KAIST）の研究者らが画期的な発見を報告した。スマートテキスタイルこれらの制限に対処します。同社のウェアラブル触覚オーゼティックファブリック (WHAF) は、優れた着用性と、空間的および時間的に複雑な触覚パターンを生成する驚くべき能力を兼ね備えています。調査結果は、 先端材料 (「時空間的かつマルチモーダルな触覚フィードバックを実現する、装着が簡単なオーセティック SMA ノットアーキテクチャ」). ウェアラブル触覚オーゼティックファブリックの製造の概略図とその構造特性

WHAFの製造の概略図とその構造特性。 a) 外力が加えられて構造が変形し、加熱されて事前に記憶された形状に戻るときに、オーゼティックノットのある SMA ファブリックがどのように動作するかを示す概略図。 b) 球体地球儀と扁長回転楕円体の形状を有するサッカーボールをカバーする WHAF の形状適合特徴。スケールバー: 15 mm (左) および 45 mm (右)。 c) 単純な縫製によってパッシブファブリックと接続されたアクティブファブリックとして製造されたオーゼティックノットSMAファブリックを示す画像。赤い点で囲まれた拡大画像は、SMA ワイヤがどのように絡み合って結ばれ、リエントラントユニットのテッセレーションを形成しているかを示しています。青い点で囲まれた拡大画像は、アクティブファブリックのエッジがどのようにパッシブファブリックと縫い合わされるかを示しています。 d) 裸の SMA ワイヤとパリレンでコーティングされた SMA ワイヤ内の電流の流れの比較。両方とも XNUMX 点で物理的に接触しています。下の図は、ゾーン指定のジュール加熱により電気エネルギーが適用された柱のみが収縮する様子を示しています。 e) ゾーン固有の触力フィードバックを提供するために、または運動感覚フィードバックを提供することで個人的な運動アドバイザーとして機能するために着用されている WHAF を示す概略図。 (Wiley-VCH Verlag の許可を得て転載) WHAF の異常にダイナミックな物理的挙動は、その新しいメタ構造に由来しています。研究者らは、応答性形状記憶合金ワイヤのペアを複雑に織り交ぜて結び、リエントラント形状を示すオーゼティック格子配置にしました。このトポロジーにより、WHAF は XNUMX 次元で完全に伸縮することができ、通常の生地では見られない珍しい負のポアソン比効果を示します。オーゼティック構造は、伸ばされたときに薄くなるのではなく垂直に拡張し、優れた適合性をもたらします。「オーゼティック」とは、伸張または圧縮されたときに直感に反する動作をする材料の特性を指します。ほとんどの材料では、引っ張る（伸ばす）と垂直方向に薄くなり、圧縮すると垂直方向に広がります。これはポアソン比と呼ばれる特性によって定量化され、これらの典型的な材料では正の値になります。ただし、オーセチック材料では、この動作は逆になります。オーゼチック材料を伸ばすと垂直方向に厚くなり、圧縮すると垂直方向に薄くなります。これは、オーセチック材料のポアソン比が負であることを意味します。この珍しい特性は、オーセチック材料に高いエネルギー吸収性や耐破壊性などの独自の利点をもたらし、せん断剛性などの他の特性を向上させることができます。これらの特性により、オーゼティック材料は、保護具、医療機器、航空宇宙、さらには記事の場合のように、仮想現実環境における触覚フィードバック用の高度な繊維など、幅広い分野で応用されています。伸ばされたときに全方向に拡張する能力は、より快適で、順応性があり、効果的な製品を作成するのに特に役立ちます。肌に完璧にフィットする優れた伸縮性、ドレープ性、形状追従性を保証するだけでなく、WHAF のオーゼティック構造は傑出した才能をもたらします。格子の相互接続性を利用して、チームは薄い絶縁マイクロフィルムを適用して、結び目内の個々のワイヤ接合部の加熱を個別に制御しました。その結果、電圧は局所的な布地の領域を選択的に作動させることができます。これにより、触覚繊維では前例のないゾーン指定の作動が実現され、時空間刺激の可能性が広がります。以前の形状記憶合金のスマートファブリックは完全に均一な収縮しか示せませんでしたが、WHAF のセグメント化された制御により、複雑な圧縮パターンとスイープな圧力波が可能になります。ユーザーは、これらの複雑な触覚シーケンスを、識別可能な触覚の形状、質感、動きとして認識します。たとえば、研究者らは、WHAFが前腕の周りに連続的に押し込むパルスを通じて方向性の合図を伝達することを実証した。さらに、電圧を変調すると、力の出力タイミングと作動領域の剛性が調整されます。着用後の優れた皮膚密着性と組み合わせることで、軽量の WHAF が容易に認識できる運動感覚抵抗フィードバックを提供できるようになります。研究者らは、この生地を関節に着用すると、指の屈曲と腕の曲げが、知覚的により激しい動きになることを示しました。ユーザーテストにより、WHAF の広範な触覚ボキャブラリーの最高の精度と直観性が証明されました。参加者は、ファブリックを通じて配信される方向ナビゲーションプロンプトと空間パターンを確実に識別しました。したがって、WHAF はハンズフリーモバイルナビゲーションなどの実用的なアプリケーションを可能にします。一方、没入型の仮想探査車シミュレーションでは、WHAF ハプティクスにより、目がくらむような塵が視界を妨げているにもかかわらず、ユーザーが邪魔なクレーター地形の周囲を操縦できるようになりました。研究者らは、同社の適応性のあるオーゼティックスマートテキスタイルが多用途のマルチモーダル触覚インターフェイスの画期的な手段となることを示唆しています。 WHAF の比類のない装着性と動的作動能力は、インタラクティブな仮想現実のためのファブリックとスキンの主要な制限を解決するのに役立ちます。容易に理解できるモダリティにまたがる合図を通じて微妙な触感を伝達することで、デジタル空間を探索する際の直観性と操作性が大幅に向上する可能性があります。

By

Michael Liebreich
バーガー