Imagínese tomados de la mano de un ser querido al otro lado del mundo. O sentir una palmada en la espalda de un compañero de equipo en el juego en línea "Fortnite".

Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado una nueva sistema inalámbrico que agrega un sentido del tacto a cualquier experiencia de realidad virtual (VR). Esta plataforma no solo agrega potencialmente nuevas dimensiones a nuestras relaciones y entretenimiento a larga distancia, la tecnología también proporciona a las prótesis retroalimentación sensorial e imparte telemedicina con un toque humano.

Conocido como un sistema de "RV epidérmico", el dispositivo se comunica táctil a través de un rápido, matriz programable de actuadores vibratorios en miniatura incrustados en un delgado, suave, material flexible. Los prototipos en forma de lámina de 15 centímetros por 15 centímetros se laminan cómodamente sobre las superficies curvas de la piel sin baterías voluminosas ni cables engorrosos.

"La gente ha contemplado este concepto general en el pasado, pero sin una base clara para una tecnología realista con el conjunto correcto de características o la forma adecuada de escalabilidad. Los diseños anteriores implican ensamblajes manuales de actuadores, cables baterías y hardware de control interno y externo combinado, "dijo John A. Rogers de Northwestern, un pionero de la bioelectrónica. "Aprovechamos nuestro conocimiento en electrónica extensible y transferencia de energía inalámbrica para armar una colección superior de componentes, incluyendo actuadores miniaturizados, en una arquitectura avanzada diseñada como un dispositivo portátil con interfaz de piel, casi sin estorbos para el usuario. Creemos que es un buen punto de partida que escalará naturalmente a sistemas de cuerpo completo y cientos o miles de discretos, actuadores programables ".

"Estamos ampliando los límites y las capacidades de la realidad virtual y aumentada, "dijo Yonggang Huang de Northwestern, quien codirigió la investigación con Rogers. "En comparación con los ojos y los oídos, la piel es una interfaz sensorial relativamente poco explorada que podría mejorar significativamente las experiencias ".

La investigación se publicará el 21 de noviembre en la revista Naturaleza .

Rogers es profesor Louis Simpson y Kimberly Querrey de ciencia de materiales e ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. profesor de cirugía neurológica en la Facultad de Medicina de Feinberg y director del Centro de Electrónica Biointegrada.

Huang es profesor Walter P. Murphy de Ingeniería Civil y Ambiental y profesor de ingeniería mecánica en McCormick.

Xinge Yu, ex becario postdoctoral en el laboratorio de Rogers y actual profesor asistente en la City University of Hong Kong, fue el primer autor del artículo.

Cómo funciona

El dispositivo más sofisticado de Rogers y Huang incorpora una matriz distribuida de 32 programables individualmente, actuadores de escala milimétrica, cada uno de los cuales genera un sentido discreto del tacto en una ubicación correspondiente en la piel. Cada actuador resuena con más fuerza a 200 ciclos por segundo, donde la piel exhibe la máxima sensibilidad.

"Podemos ajustar la frecuencia y amplitud de cada actuador rápidamente y sobre la marcha a través de nuestra interfaz gráfica de usuario, ", Dijo Rogers." Adaptamos los diseños para maximizar la percepción sensorial de la fuerza vibratoria entregada a la piel ".

El parche se conecta de forma inalámbrica a una interfaz de pantalla táctil (en un teléfono inteligente o tableta). Cuando un usuario toca la pantalla táctil, ese patrón de tacto se transmite al parche. Si el usuario dibuja un patrón "X" en la pantalla táctil, por ejemplo, los dispositivos producen un patrón sensorial, simultáneamente y en tiempo real, en forma de "X" a través de la interfaz vibratoria a la piel.

Al chatear por video desde diferentes ubicaciones, los amigos y familiares pueden acercarse y tocarse virtualmente entre sí, con un retraso de tiempo insignificante y con presiones y patrones que se pueden controlar a través de la interfaz de pantalla táctil.

"Podrías imaginar que sentir el toque virtual mientras estás en una videollamada con tu familia puede volverse omnipresente en el futuro previsible, "Dijo Huang.

Los actuadores están incrustados en un polímero de silicona intrínsecamente suave y ligeramente pegajoso que se adhiere a la piel sin cinta ni correas. Inalámbrico y sin batería, el dispositivo se comunica a través de protocolos de comunicación de campo cercano (NFC), la misma tecnología utilizada en teléfonos inteligentes para pagos electrónicos.

"Con este esquema de suministro de energía inalámbrica, evitamos por completo la necesidad de baterías, con su peso, Talla, vidas operativas a granel y limitadas, ", Dijo Rogers." El resultado es un delgado, sistema liviano que se puede usar y usar sin restricciones, indefinidamente."

Veterano describe la importancia de la retroalimentación sensorial

Todos pueden imaginar cómo este tipo de tecnología podría combinarse con un visor de realidad virtual para crear experiencias de juego o entretenimiento más interactivas e inmersivas. Pero para el veterano del ejército de los EE. UU. Garrett Anderson, La RV epidérmica podría proporcionar una solución muy necesaria para un problema de la vida real.

A las 4 a.m. del 15 de octubre, 2005, Anderson fue emboscado durante su despliegue en la guerra de Irak y perdió su brazo derecho justo debajo del codo.

"Una bomba explotó debajo de mi camión, "Anderson dijo." Explotó todo el motor del vehículo. Luego, la metralla atravesó el vehículo y me cortó el brazo, que colgaba de los tendones ".

Anderson probó recientemente el sistema de Northwestern, integrado con su brazo protésico. Cuando usa el parche en la parte superior del brazo, Anderson podía sentir las sensaciones de las yemas de sus dedos protésicos transmitidas a su brazo. Las vibraciones se sintieron más o menos intensas, dependiendo de la firmeza de su agarre.

"Di que estoy agarrando un huevo o algo frágil, "dijo Anderson, quien ahora es el coordinador de alcance en el Centro de Veteranos Chez de la Universidad de Illinois. "Si no puedo ajustar mi agarre, entonces podría aplastar el huevo. Necesito saber la cantidad de agarre que estoy aplicando, para no lastimar a alguien ni a nada ".

'Nunca los he sentido con mi brazo derecho'

A medida que las personas que han sufrido amputaciones utilizan el dispositivo, la experiencia podría volverse más fluida.

"Los usuarios desarrollan la capacidad de sentir el tacto en la punta de los dedos de sus prótesis a través de las entradas sensoriales en la parte superior del brazo, "Explicó Rogers." Horas extras, su cerebro puede convertir la sensación en su brazo en una sensación sustituta en la punta de sus dedos. Agrega un canal sensorial para reproducir el sentido del tacto ".

Anderson cree que este dispositivo podría potencialmente "engañar" a su cerebro de una manera que alivie el dolor fantasma. También imagina que podría permitirle interactuar con sus hijos de una manera nueva.

"Perdí mi brazo hace 15 años, ", dijo." Mis hijos tienen 13 y 10 años, así que nunca los he sentido con mi brazo derecho. No sé cómo es cuando me agarran de la mano derecha ".

'Un punto de partida'

Rogers ve el dispositivo actual como un punto de partida. "Este es nuestro primer intento con un sistema de este tipo, ", dijo." Podría ser muy poderoso para las interacciones sociales, medicina clínica y aplicaciones que hoy no podemos concebir, más allá de las obvias oportunidades en juegos y entretenimiento ".

Él y Huang ya están trabajando para hacer que el dispositivo actual sea más delgado y liviano. También planean explotar diferentes tipos de actuadores, incluidos los que pueden producir sensaciones de calentamiento y estiramiento. Con aportes térmicos, por ejemplo, una persona podría sentir qué tan caliente está una taza de café a través de las yemas de los dedos protésicos.

El equipo de Northwestern cree que el marco de ingeniería general puede acomodar cientos de actuadores con dimensiones significativamente más pequeñas que las que se utilizan actualmente. que tienen diámetros de 18 milímetros y espesores de 2,5 milímetros.

Finalmente, los dispositivos pueden ser lo suficientemente delgados y flexibles como para tejerlos en la ropa. Las personas con prótesis podrían usar camisetas de realidad virtual que comunican el tacto a través de las yemas de los dedos. Y junto con los cascos de realidad virtual, Los jugadores pueden usar trajes de realidad virtual completos para sumergirse por completo en paisajes fantásticos.

"La realidad virtual es un área emergente de tecnología muy importante, ", Dijo Rogers." Actualmente, solo estamos usando nuestros ojos y nuestros oídos como base para esas experiencias. La comunidad ha sido relativamente lenta en explotar el órgano más grande del cuerpo:la piel. Nuestro sentido del tacto proporciona lo más profundo, más profundo conexión emocional entre personas ".