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Cuando se trata de retroalimentación háptica, la mayoría de las tecnologías se limitan a vibraciones simples. Pero nuestra piel está cargada de pequeños sensores que detectan presión, vibración, estiramiento y más. Ahora, los ingenieros de la Universidad del Noroeste han presentado una nueva tecnología que crea movimientos precisos para imitar estas sensaciones complejas.
El estudio, “Actuadores de libertad de movimiento plena como interfaces hápticas avanzadas”, se publica en la revista Science.
Mientras está sentado en la piel, el dispositivo inalámbrico compacto, liviano e inalámbrico, aplica fuerza en cualquier dirección para generar una variedad de sensaciones, que incluyen vibraciones, estiramiento, presión, deslizamiento y torsión. El dispositivo también puede combinar sensaciones y operar rápido o lentamente para simular un sentido de tacto más matizado y realista.
Impulsado por una pequeña batería recargable, el dispositivo utiliza Bluetooth para conectarse de forma inalámbrica a auriculares y teléfonos inteligentes virtuales. También es pequeño y eficiente, por lo que podría colocarse en cualquier lugar del cuerpo, combinado con otros actuadores en matrices o integrados en la electrónica portátil actual.
Los investigadores imaginan que su dispositivo eventualmente podría mejorar las experiencias virtuales, ayudar a las personas con discapacidades visuales a navegar en sus alrededores, reproducir la sensación de diferentes texturas en pantallas planas para compras en línea, proporcionar comentarios táctiles para visitas a atención médica remota e incluso permitir que las personas con impedimentos auditivos “se sientan”.
“Casi todos los actuadores hápticos realmente simplemente golpean la piel”, dijo John A. Rogers de Northwestern, quien lideró el diseño del dispositivo.
“Pero la piel es receptiva a los sentidos del tacto mucho más sofisticados. Queríamos crear un dispositivo que pudiera aplicar fuerzas en cualquier dirección, no solo empujar sino empujar, retorcer y deslizar. Construimos un pequeño actuador que pueda empujar la piel en cualquier dirección y en cualquier combinación de direcciones. Con ella, podemos controlar finamente la sensación compleja del tacto completamente programable”.
El estudio se basa en trabajos anteriores de los laboratorios de Rogers y Huang, en el que diseñaron una gama programable de actuadores vibrantes en miniatura para transmitir un sentido del tacto.
El colgro háptico
En los últimos años, las tecnologías visuales y auditivas han experimentado un crecimiento explosivo, que brindan una inmersión sin precedentes a través de dispositivos como altavoces de alta fidelidad y profundamente detallados y gafas de realidad virtual completamente inmersiva. Las tecnologías hápticas, sin embargo, se han estancado en su mayoría. Incluso los sistemas de última generación solo ofrecen patrones de vibraciones.
Esta brecha de desarrollo proviene en gran medida de la extraordinaria complejidad del tacto humano. El sentido del tacto involucra diferentes tipos de mecanorreceptores (o sensores), cada uno con sus propias características de sensibilidad y respuesta, ubicados a diferentes profundidades dentro de la piel. Cuando estos mecanorreceptores son estimulados, envían señales al cerebro, que se traducen como tacto.
Replicar que la sofisticación y el matiz requieren un control preciso sobre el tipo, la magnitud y el momento de los estímulos que se administran a la piel. Esto presenta un desafío masivo, que las tecnologías actuales han luchado y han fallado para superar.
“Parte de la razón por la cual la tecnología háptica retrasa el video y el audio en su riqueza y realismo es que la mecánica de la deformación de la piel es complicada”, dijo J. Edward Colgate de Northwestern, pionero de los hápticos y coautor de estudio. “La piel se puede empujar o estirarse de lado. El estiramiento de la piel puede ocurrir de manera lenta o rápida, y puede ocurrir en patrones complejos en una superficie completa, como la palma completa de la mano”.
Actuador desatado
Para simular esa complejidad, el equipo del noroeste desarrolló el primer actuador con plena libertad de movimiento (FOM). Esto significa que el actuador no está limitado a un solo tipo de movimiento o un conjunto limitado de movimientos. En cambio, puede mover y aplicar fuerzas en todas las direcciones a lo largo de la piel. Estas fuerzas dinámicas involucran a todos los mecanorreceptores en la piel, tanto individualmente como en combinación entre sí.
“Es un gran paso hacia la gestión de la complejidad del sentido del tacto”, dijo Colgate, Walter P. Murphy, profesor de ingeniería mecánica en McCormick. “El actuador FOM es el primer dispositivo háptico pequeño y compacto que puede empujar o estirar la piel, operar lento o rápido y usarse en matrices. Como resultado, se puede usar para producir una notable gama de sensaciones táctiles”.
Mediendo solo unos pocos milímetros de tamaño, el dispositivo aprovecha un pequeño imán y un conjunto de bobinas de alambre, dispuestas en una configuración de anidación. A medida que la electricidad fluye a través de las bobinas, genera un campo magnético.
Cuando ese campo magnético interactúa con el imán, produce una fuerza lo suficientemente fuerte como para moverse, empujar, tirar o torcer el imán. Al combinar actuadores en matrices, pueden reproducir la sensación de pellizcar, estirarse, apretar y tocar.
“Lograr un diseño compacto y una fuerte salida de fuerza es crucial”, dijo Huang, quien dirigió el trabajo teórico. “Nuestro equipo desarrolló modelos computacionales y analíticos para identificar diseños óptimos, asegurando que cada modo genera su componente de fuerza máxima al tiempo que minimiza las fuerzas o pares no deseados”.
Dar vida al mundo virtual
En el otro lado del dispositivo, el equipo agregó un acelerómetro, lo que le permite medir su orientación en el espacio. Con esta información, el sistema puede proporcionar comentarios hápticos basados en el contexto del usuario. Si el actuador está en una mano, por ejemplo, el acelerómetro puede detectar si la mano del usuario es de palma hacia arriba o de palma hacia abajo. El acelerómetro también puede rastrear el movimiento del actuador, proporcionando información sobre su velocidad, aceleración y rotación.
Rogers dijo que esta capacidad de seguimiento de movimiento es especialmente útil al navegar en espacios o tocar diferentes texturas en una pantalla plana.
“Si pasas el dedo por una pieza de seda, tendrá menos fricción y se deslizará más rápido que al tocar la pana o la arpillera”, dijo. “Puedes imaginar comprar ropa o telas en línea y querer sentir la textura”.
Más allá de replicar experiencias táctiles cotidianas, la plataforma también puede transferir información a través de la piel. Al cambiar la frecuencia, la intensidad y el ritmo de la retroalimentación háptica, el equipo convirtió el sonido de la música en un toque físico, por ejemplo.
También pudieron alterar los tonos simplemente cambiando la dirección de las vibraciones. Sentir estas vibraciones permitieron a los usuarios diferenciar entre varios instrumentos.
“Pudimos desglosar todas las características de la música y mapearlas en sensaciones hápticas sin perder la información sutil asociada con instrumentos específicos”, dijo Rogers.
“Es solo un ejemplo de cómo se podría usar el sentido del tacto para complementar otra experiencia sensorial. Creemos que nuestro sistema podría ayudar a cerrar aún más la brecha entre los mundos digitales y físicos. Al agregar un verdadero sentido del tacto, las interacciones digitales pueden sentirse más naturales y atractivas”.
Más información: Kyoung-ho ha et al, actuadores de libertad de movimiento completo como interfaces hápticas avanzadas, Science (2025). Doi: 10.1126/science.adt2481. www.science.org/doi/10.1126/science.adt2481
Proporcionado por la Universidad Northwestern
Cita: Sentir el futuro: el nuevo dispositivo portátil imita la complejidad del toque humano (2025, 27 de marzo) Recuperado el 27 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-future-wearable-device-mimics-complexity.html
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