3D-дисплей незабаром може принести тактильні відчуття в цифровий світ

Уявіть собі iPad, який є чимось більшим, ніж просто iPad – з поверхнею, яка може змінюватися і деформуватися, дозволяючи вам малювати 3D-дизайни, створювати хайку, що вистрибують з екрану, і навіть тримати свого партнера за руку, перебуваючи за океаном.

Таке бачення має команда інженерів з Університету Колорадо в Боулдері. У своєму новому дослідженні вони створили унікальний дисплей, що змінює форму, який вміщується на картковому столі. Пристрій складається з сітки м’яких роботизованих “м’язів” з клітинками 10 на 10, які відчувають тиск ззовні і виринають, створюючи візерунки. Він досить точний, щоб генерувати прокручуваний текст, і досить швидкий, щоб струшувати хімічну склянку, наповнену рідиною.

Він також може забезпечити щось ще більш рідкісне: відчуття дотику в цифрову епоху.

“З розвитком технологій ми почали з надсилання тексту на великі відстані, потім аудіо, а тепер і відео”, – сказав Брайан Джонсон, один з двох провідних авторів нового дослідження, який отримав докторський ступінь з машинобудування в Університеті Боулдера в 2022 році. “Але нам все ще не вистачає дотику”.

Джонсон та його колеги описали свій дисплей форми 31 липня в журналі Nature Communications.

Інновація групи ґрунтується на класі м’яких роботів, вперше розроблених командою під керівництвом Крістофа Кеплінгера, колишнього доцента кафедри машинобудування в Боулдерському університеті. Вони називаються гідравлічно посиленими самовідновлюваними електростатичними приводами (HASEL). Прототип дисплея ще не готовий до виходу на ринок. Але дослідники припускають, що одного дня подібні технології можуть призвести до створення сенсорних рукавичок для віртуальних ігор або розумної конвеєрної стрічки, яка може хвилеподібно сортувати яблука від бананів.

“Можна уявити, що ці сенсорні та виконавчі елементи можуть мати будь-яку кількість різних форм і комбінацій”, – говорить Мантас Наріс, співавтор статті і докторант кафедри машинобудування ім. Пола М. Рейді, – “Існує безмежна кількість варіантів. “Немає жодних обмежень щодо того, до чого ці технології можуть призвести в кінцевому підсумку”.

Гра на акордеоні

Проєкт бере свій початок у пошуках іншого виду технологій: синтетичних органів.

У 2017 році дослідники на чолі з Марком Реншлером, професором машинобудування та біомедичної інженерії, отримали фінансування від Національного наукового фонду на розробку того, що вони називають sTISSUE – м’яких органів, які поводяться і відчуваються як справжні частини людського тіла, але повністю виготовлені з матеріалів, подібних до силікону. Серед співдослідників гранту – Кеплінгер, нині директор Інституту інтелектуальних систем Макса Планка в Німеччині; Ніколаус Коррелл, доцент кафедри комп’ютерних наук у Боулдерському університеті; і Шон Гумберт, професор машинобудування.

“Ви можете використовувати ці штучні органи для розробки медичних приладів або хірургічних роботизованих інструментів за набагато менші кошти, ніж при використанні справжніх тканин тварин”, – сказав Ренчлер, співавтор нового дослідження.

Однак, розробляючи цю технологію, команда зупинилася на ідеї настільного дисплея. Дослідження є частиною програми матеріалознавства та інженерії.

Дизайн групи має розмір дошки для гри Скрабл і, як і одна з таких дощок, складається з невеликих квадратів, розташованих у вигляді сітки. У цьому випадку кожен з 100 квадратиків – це окремий актуатор HASEL. Актуатори виготовлені з пластикових мішечків, схожих на крихітні гармошки. Якщо пропустити через них електричний струм, рідина зміщується всередині мішечків, змушуючи гармошку розширюватися і підстрибувати вгору.

Приводи також включають м’які магнітні датчики, які можуть виявити, коли ви тиснете на них. За словами Джонсона, який зараз працює в Інституті інтелектуальних систем ім. Макса Планка, це дає змогу розважатися, – каже він.

“Оскільки датчики на магнітній основі, ми можемо використовувати магнітну паличку, щоб малювати на поверхні дисплея”, – сказав він.

Ви чули це?

Інші дослідницькі групи розробили подібні розумні планшети, але дисплей Університету Колорадо в Боулдері м’якший, займає набагато менше місця і працює набагато швидше. Кожен з його роботизованих м’язів може активуватися до 50 разів на секунду.

Зараз дослідники зосереджені на зменшенні актуаторів, щоб збільшити роздільну здатність дисплея – майже так само, як додати більше пікселів на екран комп’ютера.

“Уявіть, що ви можете завантажити статтю на свій телефон, і вона відобразиться на екрані у вигляді шрифту Брайля”, – каже Наріс.

Група також працює над тим, щоб вивернути дисплей навиворіт. Таким чином, інженери могли б розробити рукавичку, яка б торкалася кінчиків пальців, дозволяючи “відчувати” об’єкти у віртуальній реальності.

І, за словами Реншлера, дисплей може принести ще дещо: трохи спокою і тиші.

“Наша система, по суті, безшумна. Приводи майже не створюють шуму”.