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Möglicherweise wird es bald Realität, wenn Sie eine Umarmung Ihres Freundes durch einen Videoanruf mit ihm spüren. Ein gemeinsames Forschungsteam aus Wissenschaftlern und Ingenieuren der City University of Hong Kong (CityU) und der Northwestern University in den USA hat ein hautintegriertes Virtual-Reality-System (VR) entwickelt, das drahtlos gesteuert und betrieben werden kann. Die Innovation verfügt über ein großes Anwendungspotenzial in den Bereichen Kommunikation, Prothesenkontrolle und Rehabilitation sowie Spiele und Unterhaltung.

Drahtlos gesteuertes und angetriebenes Skin VR-System (VIDEO)
Kredit: Stadtuniversität von Hong Kong (CityU)Ein neues tragbares, in die Haut integriertes, haptisches VR-Gerät, das drahtlos gesteuert und betrieben werden kann. Die Haut ist das größte Organ des Körpers. Verglichen mit den Augen und Ohren handelt es sich jedoch um eine relativ wenig erforschte sensorische Schnittstelle für die VR- oder Augmented Reality-Technologie (AR). Gegenwärtig beruhen VR- und AR-Vorrichtungen gewöhnlich auf einer Vibrationsbetätigung, die der Haut durch Elektromotoren verliehen wird. Es handelt sich jedoch um sperrige Drähte und Akkupacks, die am Körper befestigt werden und dessen Einsatzmöglichkeiten einschränken. Bildnachweis: City University of Hong Kong

Simulation der Berührung durch Vibrationen im Millimeterbereich

Dr. Yu Xinge, Assistenzprofessor, Dr. Xie Zhaoqian, Senior Research Fellow der Abteilung für Biomedizinische Technik bei CityU, und sein Team, das mit dem Team der Northwestern University zusammenarbeitet, sowie Mitarbeiter mehrerer Forschungsinstitute und Unternehmen in den USA und auf dem chinesischen Festland haben entwickelte ein integriertes Skin-VR-System, das Befehle drahtlos empfangen und dann die „Berührung“ mit Vibration simulieren kann, um die oben genannten Mängel zu beseitigen. Der Benutzer kann die Berührung leicht fühlen, indem er ein bandagenartiges dünnes, weiches und klebendes Gerät auf die Haut legt.

Die Forschungsergebnisse wurden in der neuesten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature mit dem Titel „Skin-Integrated Wireless Haptic Interfaces for Virtual and Augmented Reality“ veröffentlicht.

Mit seinem akribischen Design auf der Grundlage der Strukturmechanik besteht dieses bahnbrechende, in die Haut integrierte VR-Gerät aus Hunderten von Funktionskomponenten, einschließlich der Aktuatoren, die Berührungen durch mechanische Vibrationen im Millimeterbereich simulieren. Diese Komponenten sind in eine dünne silikonbeschichtete Elastomerschicht mit einer Dicke von nur 3 mm integriert. Es ist atmungsaktiv, wiederverwendbar und funktioniert bei allen Biege- und Drehbewegungen.

Der Aufbau des Skin-VR-Gerätes: Funktionskomponenten wurden in eine dünne Elastomerschicht mit einer Dicke von nur 3 mm integriert. Insgesamt 32 haptische Aktoren werden in 4 Gruppen von 8 unabhängig steuerbaren Kommunikationsports im Gerät angesteuert.
 
Kredit: Stadtuniversität von Hong Kong (CityU)

Drahtlos gesteuert und energieeffizient

Noch wichtiger ist, dass eine Sammlung von integrierten Schaltkreisen und Antennen im Chipmaßstab, die in das Skin-VR-Gerät eingebettet sind, eine drahtlose Stromversorgung und Steuerung ermöglicht.

„Die haptischen Aktuatoren können über die große, flexible Antenne innerhalb eines bestimmten Abstands Radiofrequenzleistung abrufen, so dass sich der Benutzer, der das Gerät trägt, frei bewegen kann, ohne dass Kabelprobleme auftreten“, erklärte Dr. Yu. Das System kann mit ähnlichen Technologien in einer Entfernung von bis zu einem Meter betrieben werden, was dem Zehnfachen der vorhandenen maximalen Entfernung entspricht.

Und da das neue System ein fortschrittliches mechanisches Design verwendet, benötigen die haptischen Aktuatoren weniger als 2 Milliwatt, um eine bemerkenswerte sensorische Vibration auszulösen, während die herkömmlichen mit Gleichstrom betriebenen Aktuatoren eine Leistung von etwa 100 Milliwatt benötigen, um das gleiche Vibrationsniveau zu erzeugen.

„Damit haben wir das schwierige Problem der Übertragung per Funk mit geringem Stromverbrauch gelöst und die Reichweite für unser System erheblich vergrößert. Dieses System spart nicht nur Strom, sondern ermöglicht Benutzern auch, sich ohne Kabelprobleme freier zu bewegen “, sagte Dr. Yu.

Breites Anwendungspotential

Das Team hat etwa zwei Jahre lang an der Entwicklung dieses drahtlosen Haut-VR-Systems gearbeitet, an dem verschiedene Disziplinen wie Maschinenbau, Materialwissenschaften, Biomedizin, Physik und Chemie beteiligt sind. Sie führen Anwendungsversuche durch, damit die Benutzer von Prothesen die äußere Umgebung durch den Tastsinn fühlen und den Benutzern Feedback geben können. „Es kann ihnen helfen, die äußere Stimulation mit ihrer Prothese zu spüren, z. B. die Form oder Textur eines Objekts“, sagte Dr. Yu. Darüber hinaus können damit virtuelle Szenen für klinische Anwendungen entwickelt werden.

Darüber hinaus ist er der Ansicht, dass das System die sensorische Erfahrung bei Interaktionen in sozialen Medien, Multimedia-Unterhaltung, chirurgischem Training und darüber hinaus erheblich verbessern kann.

Die Herstellung einer elektronischen Haut, die Temperatur fühlen kann, ist der nächste Schritt ihrer Forschung.

Der Benutzer trägt das VR-Gerät (schwarzer Teil) am Oberarm. Der Sensor an der Handprothese kann die Form des von ihm ergriffenen Objekts erfassen und dann über das VR-Gerät eine simulierte „Berührung“ erzeugen. Anschließend kann er die Form des Objekts wahrnehmen.
 
Kredit: Stadtuniversität von Hong Kong (CityU)

Professor Huang Yonggang und Professor John A. Rogers von der McCormick School of Engineering der Northwestern University sind die entsprechenden Autoren des Papers. Die ersten Autoren sind Dr. Yu Xinge und Dr. Xie Zhaoqian. Zu den Mitgliedern des Forschungsteams von CityU gehörten Dr. Li Dengfeng und Herr Liu Yiming, beide ebenfalls vom Department of Biomedical Engineering.

Mitglieder des Forschungsteams waren auch Forscher der University of Illinois in Urbana-Champaign, der Pennsylvania State University und der University of Arizona in den USA, der University of Bristol in Großbritannien sowie der Tsinghua University und der Shandong University in China.

Dr. Yu Xinge (links vorne), Dr. Xie Zhaoqian (rechts vorne) und die Teammitglieder der City University von Hongkong
 
Credit: City University von Hongkong (CityU)

Die Forschung wurde von CityU, dem Zentrum für biointegrierte Elektronik an der Northwestern University, der National Natural Science Foundation in China, dem Forschungsrat für Ingenieurwissenschaften und Physik, dem China Scholarship Council und dem National Basic Research Program in China unterstützt. Das Patent der Technologie ist in den USA angemeldet.

Kontakte und Quellen:
University of Hong Kong (CityU)

Medizinskandal Alterung
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Quelle : https://beforeitsnews.com/science-and-technology/2019/12/soon-sense-a-hug-over-the-phone-with-a-wirelessly-controlled-wearable-skin-integrated-haptic-vr-device-2969083.html


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