Светодиодный дисплей создает тактильные 3D-фигуры: новая эра в интерфейсах?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Представьте себе мир без света, мир, где единственным проводником становится осязание. Именно в таком мире живут незрячие люди, полагаясь на чувствительность своих пальцев, чтобы ориентироваться в пространстве и получать информацию. Сегодня технологии делают огромные шаги навстречу, стремясь создать устройства, способные передавать тактильные ощущения, сравнимые с реальными. Одно из таких многообещающих направлений — разработка морфируемых тактильных дисплеев, способных динамически изменять свою форму и текстуру, подобно хамелеону.

Ученые из Южной Кореи представили миру инновационный прототип такого дисплея, основанный на биомиметическом принципе — имитации природных процессов. Сердцевина изобретения — двухслойная полимерная пленка, где каждый слой играет свою, особую роль. Первый слой, поли(трет-бутилакрилат) (PtBA), обладает удивительным свойством: он способен менять свою жесткость под воздействием тепла, переходя из твердого, почти стеклянного состояния в мягкое, резиноподобное. Второй слой — это эластичный композит из полидиметилсилоксана (PDMS) с добавлением графеновых нанопластин (GNP). Этот слой играет роль «нагревателя», эффективно поглощая свет ближнего инфракрасного диапазона и преобразуя его в тепло, которое передается слою PtBA.

Тактильный дисплей, иллюстрация
Тактильный дисплей, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Но как же эта пленка превращается в тактильный дисплей? Секрет кроется в сочетании света, тепла и давления. Под пленкой расположена миниатюрная пневматическая камера, создающая небольшое давление. При освещении определенных участков пленки инфракрасным светом, слой PtBA в этих точках нагревается и размягчается. Давление в камере заставляет эти участки выгибаться наружу, формируя выпуклости на поверхности пленки. При отключении света PtBA остывает и снова твердеет, «запоминая» приданную форму. Таким образом, управляя светом, можно создавать на поверхности пленки различные рельефные изображения, доступные для восприятия осязанием.

a Структурная конфигурация с рабочим механизмом морфируемого тактильного дисплея, который может производить регулируемую по высоте и фиксируемую деформацию посредством фототермически вызванной модуляции жесткости в локализованных областях полимерного бислоя при переключении стационарного пневматического давления. b, c Возможность реконфигурации формы морфируемого тактильного дисплея, позволяющая текстуре с выражением тепла на морфированной структуре после фиксации.
a Структурная конфигурация с рабочим механизмом морфируемого тактильного дисплея, который может производить регулируемую по высоте и фиксируемую деформацию посредством фототермически вызванной модуляции жесткости в локализованных областях полимерного бислоя при переключении стационарного пневматического давления. b, c Возможность реконфигурации формы морфируемого тактильного дисплея, позволяющая текстуре с выражением тепла на морфированной структуре после фиксации.
Автор: Hwang, I., Mun, S., Youn, JH. et al. Height-renderable morphable tactile display enabled by programmable modulation of local stiffness in photothermally active polymer. Nat Commun 15, 2554 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46709-7 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Уникальность этой технологии заключается в ее высокой точности и универсальности. Дисплей способен воспроизводить не только простые символы, как шрифт Брайля, но и сложные трехмерные формы с плавными переходами высоты. Более того, варьируя интенсивность света, можно регулировать степень жесткости поверхности в каждой точке, создавая ощущение различных текстур, от гладкой до шероховатой.

a Фотография морфируемого тактильного дисплея, интегрированного с массивом NIR-светодиодов 6 × 6. b Тепловое изображение 36 областей, фототермически нагревающихся во время работы всех NIR-светодиодов. c Изменение максимально выраженной высоты деформации морфируемых областей при изменении мощности света в двух различных условиях пневматического давления. d 3D-профилограмма областей, морфируемых в изогнутые формы с различной высотой деформации. e, f Сравнение настраиваемых шагов с максимальной высотой деформации и силой удержания. g-l Фотографии с изображением 3D-профилографа нашего тактильного дисплея, который физически выражает не только алфавит Брайля для
a Фотография морфируемого тактильного дисплея, интегрированного с массивом NIR-светодиодов 6 x 6. b Тепловое изображение 36 областей, фототермически нагревающихся во время работы всех NIR-светодиодов. c Изменение максимально выраженной высоты деформации морфируемых областей при изменении мощности света в двух различных условиях пневматического давления. d 3D-профилограмма областей, морфируемых в изогнутые формы с различной высотой деформации. e, f Сравнение настраиваемых шагов с максимальной высотой деформации и силой удержания. g-l Фотографии с изображением 3D-профилографа нашего тактильного дисплея, который физически выражает не только алфавит Брайля для «ETRI» и алфавит «E», но и 3D-топологии ручки управления, пирамиды и различных контуров, соответственно. m, n Фотографии, демонстрирующие прикосновение пальца к морфированной поверхности после фиксации и возможность локальной регулировки мягкости и теплоты морфированной поверхности, соответственно. o, Фотография с изображением 3D-профилографа текстурированной 3D-топологии, имитирующей кожу глаза хамелеона.
Автор: Hwang, I., Mun, S., Youn, JH. et al. Height-renderable morphable tactile display enabled by programmable modulation of local stiffness in photothermally active polymer. Nat Commun 15, 2554 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46709-7 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Хотя технология все еще находится на стадии разработки, у нее огромный потенциал. Морфируемые тактильные дисплеи могут стать настоящим прорывом в самых разных областях. Они способны не только подарить незрячим людям новые возможности для общения и получения информации, но и найти применение в автомобильной промышленности, робототехнике, виртуальной реальности, образовании и многих других сферах, где требуется передача информации через прикосновение. Вполне возможно, что в будущем мы сможем «почувствовать» виртуальную реальность или «прочитать» текстуру изображения на экране смартфона кончиками пальцев. И тогда волшебный мир тактильных ощущений откроется перед нами во всем своем многообразии.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Покадровая съемка электронов впервые показала, как свет вызывает квантовые переходы в графене

Скорость работы современной компьютерной техники уперлась в фундаментальное физическое ограничение. Тактовая частота серийных кремниевых процессоров уже два десятилетия держится на уровне...

Ученые вырастили организм, от которого произошла вся сложная жизнь. Внутри него не оказалось органов

Все живые существа на Земле делятся на две принципиально разные группы.К первой относятся бактерии и археи. Их клетки устроены относительно просто: внутри нет изолированных отсеков, а генетический...

Где в мозге находится сознание и почему ученые десятилетиями искали его не там

В каждую секунду глаза передают в мозг огромный объем зрительной информации, но человек осознает лишь малую ее часть. Остальные сигналы обрабатываются без участия сознания. Чтобы понять, чем...

На Галапагосах уничтожили более 140 тысяч одичавших коз — что произошло с островами после их исчезновения

На Галапагосах трудно представить более странного врага гигантской черепахи, чем обычная домашняя коза. Она не охотится на черепах и не разоряет их кладки. Но несколько поколений одичавших животных...

Почему роторные двигатели не стали массовыми, хотя они лёгкие и мощные

У Mazda RX-8 с механической коробкой передач красная зона тахометра начиналась у 9000 оборотов в минуту. Такой характер обеспечивал небольшой двухроторный двигатель, которому не требовался...

Чем полезен умный выключатель света и стоит ли его приобретать

Умный выключатель света кажется мелочью, пока не начинаешь пользоваться им каждый день. Свет в коридоре можно включать голосом, освещение в спальне выключать со смартфона, а вечером автоматически...