Attraverso l'uso astuto dei campi magnetici, scienziati dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e dell'Università Johannes Kepler di Linz hanno sviluppato il primo sensore elettronico in grado di elaborare contemporaneamente stimoli tattili e senza contatto. I tentativi precedenti sono finora falliti per combinare queste funzioni su un unico dispositivo a causa della sovrapposizione dei segnali dei vari stimoli. Poiché il sensore viene facilmente applicato sulla pelle umana, potrebbe fornire una piattaforma interattiva senza soluzione di continuità per scenari di realtà virtuale e aumentata. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .

Il più grande organo umano, la pelle, è probabilmente la parte del corpo più versatile dal punto di vista funzionale. Non solo è in grado di differenziare tra i più svariati stimoli in pochi secondi, ma può anche classificare l'intensità dei segnali su un'ampia gamma. Un team di ricerca guidato dal Dr. Denys Makarov dell'Istituto di ricerca sui materiali e la fisica del fascio ionico dell'HZDR e il Laboratorio di elettronica morbida guidato dal Prof. Martin Kaltenbrunner dell'Università di Linz sono riusciti a produrre una controparte elettronica con caratteristiche simili. Secondo gli scienziati, il loro nuovo sensore potrebbe semplificare enormemente l'interazione tra esseri umani e macchine, come spiega Denys Makarov:"Le applicazioni nella realtà virtuale stanno diventando sempre più complesse. Abbiamo quindi bisogno di dispositivi in ​​grado di elaborare e discriminare più modalità di interazione".

Gli attuali sistemi, però, funzionano registrando solo il tocco fisico o tracciando gli oggetti in modo senza contatto. Entrambi i percorsi di interazione sono stati ora combinati per la prima volta sul sensore, che è stato definito dagli scienziati un "sistema microelettromeccanico magnetico" (m-MEMS). "Il nostro sensore elabora i segnali elettrici delle interazioni touchless e tattili in diverse regioni, " afferma il primo autore della pubblicazione, il dott. Jin Ge di HZDR, aggiungendo, "e in questo modo, può differenziare l'origine degli stimoli in tempo reale e sopprimere le influenze di disturbo da altre fonti." La base di questo lavoro è il design insolito che gli scienziati hanno elaborato.

Flessibilità su tutte le superfici

Su un sottile film polimerico, hanno prima fabbricato un sensore magnetico, che si basa su ciò che è noto come Giant Magneto Resistance (GMR). Questo film a sua volta è stato sigillato da uno strato polimerico a base di silicio (polidimetilsilossano) contenente una cavità rotonda progettata per essere allineata con precisione con il sensore. Dentro questo vuoto, i ricercatori hanno integrato un magnete permanente flessibile con punte piramidali che sporgono dalla sua superficie. "Il risultato ricorda più una pellicola trasparente con abbellimenti ottici, " commenta Makarov. "Ma questo è proprio uno dei punti di forza del nostro sensore". È così che rimane così eccezionalmente flessibile:si adatta perfettamente a tutti gli ambienti. Anche in condizioni curve, funziona senza perdere la sua funzionalità. Il sensore può quindi essere posizionato molto facilmente, Per esempio, sulla punta del dito.

È proprio in questo modo che gli scienziati ne hanno testato lo sviluppo. Jin Ge elabora:"Sulla foglia di una margherita abbiamo attaccato un magnete permanente, il cui campo magnetico punta nella direzione opposta al magnete attaccato alla nostra piattaforma." Mentre il dito ora si avvicina a questo campo magnetico esterno, la resistenza elettrica del sensore GMR cambia:scende. Ciò si verifica fino al punto in cui il dito tocca effettivamente la foglia. In questo momento, sale bruscamente perché il magnete permanente incorporato viene premuto più vicino al sensore GMR e quindi si sovrappone al campo magnetico esterno. "Ecco come la nostra piattaforma m-MEMS può registrare un chiaro passaggio dall'interazione touch a quella tattile in pochi secondi, "dice Jin Ge.

Fare clic invece di fare clic, clic, clic

Ciò consente al sensore di controllare selettivamente oggetti fisici e virtuali, come dimostra uno degli esperimenti condotti dal team:su una lastra di vetro con cui hanno fornito un magnete permanente, i fisici hanno proiettato pulsanti virtuali che manipolano condizioni reali, come la temperatura o la luminosità della stanza. Utilizzando un dito su cui era stata applicata la "pelle elettronica", gli scienziati potrebbero prima selezionare la funzione virtuale desiderata senza contatto attraverso l'interazione con il magnete permanente. Non appena il dito toccò il piatto, la piattaforma m-MEMS è passata automaticamente alla modalità di interazione tattile. Potrebbe quindi essere utilizzata una pressione leggera o pesante, Per esempio, per abbassare o aumentare di conseguenza la temperatura ambiente.

I ricercatori hanno ridotto un'attività che in precedenza aveva richiesto diverse interazioni a una sola. "All'inizio potrebbe sembrare un piccolo passo, " afferma Martin Kaltenbrunner. "A lungo termine, però, su questa base può essere costruita una migliore interfaccia tra uomo e macchina." Questa "pelle elettronica" - oltre agli spazi di realtà virtuale - potrebbe essere utilizzata anche, Per esempio, in ambienti sterili. I chirurghi potrebbero utilizzare i sensori per maneggiare apparecchiature mediche senza toccarle durante una procedura, che ridurrebbe il rischio di contaminazione.