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
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.
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.