Immagina di tenerti per mano con una persona cara dall'altra parte del mondo. O sentire una pacca sulla spalla da un compagno di squadra nel gioco online "Fortnite".

I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un nuovo sottile, sistema wireless che aggiunge un tocco a qualsiasi esperienza di realtà virtuale (VR). Questa piattaforma non solo aggiunge potenzialmente nuove dimensioni alle nostre relazioni e all'intrattenimento a distanza, ma la tecnologia fornisce anche alle protesi feedback sensoriali e impartisce la telemedicina con un tocco umano.

Denominato sistema "VR epidermico", il dispositivo comunica il tocco attraverso un veloce, serie programmabile di attuatori vibranti in miniatura incorporati in un sottile, morbido, materiale flessibile. I prototipi a forma di foglio di 15 centimetri per 15 centimetri si laminano comodamente sulle superfici curve della pelle senza batterie ingombranti e fili ingombranti.

"Le persone hanno contemplato questo concetto generale in passato, ma senza una base chiara per una tecnologia realistica con il giusto insieme di caratteristiche o la giusta forma di scalabilità. I progetti passati prevedono assemblaggi manuali di attuatori, fili, batterie e hardware di controllo combinato interno ed esterno, " ha detto John A. Rogers della Northwestern, un pioniere della bioelettronica. "Abbiamo sfruttato le nostre conoscenze nell'elettronica estensibile e nel trasferimento di potenza wireless per mettere insieme una raccolta superiore di componenti, compresi attuatori miniaturizzati, in un'architettura avanzata progettata come un dispositivo indossabile interfacciato con la pelle, con quasi nessun ingombro per l'utente. Riteniamo che sia un buon punto di partenza che si adatterà naturalmente a sistemi di tutto il corpo e centinaia o migliaia di discreti, attuatori programmabili."

"Stiamo espandendo i confini e le capacità della realtà virtuale e aumentata, ", ha detto Yonggang Huang della Northwestern, che ha co-diretto la ricerca con Rogers. "In confronto agli occhi e alle orecchie, la pelle è un'interfaccia sensoriale relativamente poco esplorata che potrebbe migliorare significativamente le esperienze".

La ricerca sarà pubblicata il 21 novembre sulla rivista Natura .

Rogers è il professore di scienza dei materiali e ingegneria biomedica di Louis Simpson e Kimberly Querrey presso la McCormick School of Engineering della Northwestern, professore di chirurgia neurologica presso la Feinberg School of Medicine e direttore del Center for Bio-integrated Electronics.

Huang è il professore Walter P. Murphy di ingegneria civile e ambientale e professore di ingegneria meccanica a McCormick.

Xinge Yu, un ex borsista post-dottorato nel laboratorio di Rogers e attuale assistente professore presso la City University di Hong Kong, è stato il primo autore del giornale.

Come funziona

Il dispositivo più sofisticato di Rogers e Huang incorpora un array distribuito di 32 programmabili individualmente, attuatori millimetrici, ognuno dei quali genera un discreto senso del tatto in una posizione corrispondente sulla pelle. Ogni attuatore risuona più forte a 200 cicli al secondo, dove la pelle mostra la massima sensibilità.

"Possiamo regolare la frequenza e l'ampiezza di ciascun attuatore rapidamente e al volo attraverso la nostra interfaccia utente grafica, "Ha detto Rogers. "Abbiamo adattato i disegni per massimizzare la percezione sensoriale della forza vibratoria trasmessa alla pelle".

La patch si collega in modalità wireless a un'interfaccia touchscreen (su smartphone o tablet). Quando un utente tocca il touchscreen, quel pattern di tocco trasmette alla patch. Se l'utente disegna un motivo a "X" sul touchscreen, Per esempio, i dispositivi producono un pattern sensoriale, simultaneamente e in tempo reale, a forma di "X" attraverso l'interfaccia vibratoria alla pelle.

Durante la chat video da luoghi diversi, amici e familiari possono raggiungere e toccare virtualmente l'un l'altro, con un ritardo di tempo trascurabile e con pressioni e schemi che possono essere controllati tramite l'interfaccia touchscreen.

"Potresti immaginare che il rilevamento del tocco virtuale durante una videochiamata con la tua famiglia possa diventare onnipresente nel prossimo futuro, "Ha detto Huang.

Gli attuatori sono incorporati in un polimero siliconico intrinsecamente morbido e leggermente appiccicoso che aderisce alla pelle senza nastro o cinghie. Senza fili e senza batteria, il dispositivo comunica tramite protocolli di comunicazione in campo vicino (NFC), la stessa tecnologia utilizzata negli smartphone per i pagamenti elettronici.

"Con questo schema di erogazione dell'energia wireless, evitiamo completamente la necessità di batterie, con il loro peso, dimensione, voluminosi e durate operative limitate, " ha detto Rogers. "Il risultato è un sottile, sistema leggero che può essere indossato e utilizzato senza costrizioni, indefinitamente."

Il veterano descrive l'importanza del feedback sensoriale

Tutti possono immaginare come questo tipo di tecnologia potrebbe essere combinato con un visore VR per creare esperienze di gioco o intrattenimento più interattive e coinvolgenti. Ma per il veterano dell'esercito americano Garrett Anderson, La realtà virtuale epidermica potrebbe fornire una soluzione tanto necessaria a un problema della vita reale.

Alle 4 del mattino del 15 ottobre, 2005, Anderson è stato teso un'imboscata durante il suo dispiegamento nella guerra in Iraq e ha perso il braccio destro appena sotto il gomito.

"Una bomba è esplosa sotto il mio camion, " Anderson ha detto. " Ha fatto esplodere l'intero motore del veicolo. Poi una scheggia è passata attraverso il veicolo e mi ha reciso il braccio, che era appeso per i tendini."

Anderson ha recentemente provato il sistema della Northwestern, integrato con il suo braccio protesico. Quando indossa il cerotto sulla parte superiore del braccio, Anderson poteva sentire le sensazioni trasmesse al braccio dalla punta delle sue dita protesiche. Le vibrazioni sentite più o meno intense, a seconda della fermezza della sua presa.

"Dì che sto afferrando un uovo o qualcosa di fragile, " ha detto Anderson, che ora è il coordinatore della divulgazione presso il Chez Veterans Center dell'Università dell'Illinois. "Se non riesco a regolare la mia presa, allora potrei schiacciare l'uovo. Ho bisogno di conoscere la quantità di grip che sto applicando, in modo da non ferire qualcosa o qualcuno".

'Non li ho mai sentiti con il braccio destro'

Poiché le persone che hanno subito amputazioni utilizzano il dispositivo, l'esperienza potrebbe diventare più fluida.

"Gli utenti sviluppano la capacità di percepire il tocco sulla punta delle dita delle loro protesi attraverso gli input sensoriali sulla parte superiore del braccio, " ha spiegato Rogers. "Overtime, il tuo cervello può convertire la sensazione sul tuo braccio in un surrogato senso di sensazione nella punta delle dita. Aggiunge un canale sensoriale per riprodurre il senso del tatto."

Anderson crede che questo dispositivo potrebbe potenzialmente "ingannare" il suo cervello in un modo che allevia il dolore fantasma. Immagina anche che potrebbe permettergli di interagire con i suoi figli in un modo nuovo.

"Ho perso il braccio 15 anni fa, " ha detto. "I miei figli hanno 13 e 10 anni, quindi non li ho mai sentiti con il braccio destro. Non so com'è quando mi afferrano la mano destra".

'Un punto di partenza'

Rogers considera il dispositivo corrente come un punto di partenza. "Questo è il nostro primo tentativo di un sistema di questo tipo, " ha detto. "Potrebbe essere molto potente per le interazioni sociali, medicina clinica e applicazioni che oggi non possiamo concepire, al di là delle ovvie opportunità nel gioco e nell'intrattenimento."

Lui e Huang stanno già lavorando per rendere l'attuale dispositivo più sottile e leggero. Prevedono inoltre di sfruttare diversi tipi di attuatori, compresi quelli che possono produrre sensazioni di riscaldamento e stiramento. Con ingressi termici, Per esempio, una persona potrebbe essere in grado di percepire quanto è calda una tazza di caffè attraverso la punta delle dita protesiche.

Il team della Northwestern ritiene che la struttura ingegneristica complessiva possa ospitare centinaia di attuatori con dimensioni significativamente inferiori a quelle utilizzate attualmente, che hanno diametri di 18 millimetri e spessori di 2,5 millimetri.

Infine, i dispositivi potrebbero essere abbastanza sottili e flessibili da essere tessuti nei vestiti. Le persone con protesi potrebbero indossare magliette VR che comunicano il tocco attraverso la punta delle dita. E insieme ai visori VR, i giocatori potevano indossare tute VR complete per immergersi completamente in paesaggi fantastici.

"La realtà virtuale è un'area tecnologica emergente molto importante, " ha detto Rogers. "Attualmente, stiamo semplicemente usando i nostri occhi e le nostre orecchie come base per quelle esperienze. La comunità è stata relativamente lenta nello sfruttare l'organo più grande del corpo:la pelle. Il nostro senso del tatto fornisce il più profondo, più profondo, connessione emotiva tra le persone”.