Ingenieros de la Universidad Northwestern han presentado una nueva tecnología que crea movimientos precisos para imitar sensaciones táctiles complejas, como presión, vibración, estiramiento, deslizamiento y torsión
Cuando se trata de retroalimentación háptica, la mayoría de las tecnologías se limitan a simples vibraciones. Pero nuestra piel está repleta de diminutos sensores que detectan la presión, la vibración, el estiramiento y mucho más. Por eso, en lo que representa un avance significativo, los ingenieros de la Universidad Northwestern han diseñado una nueva tecnología que crea movimientos precisos para imitar estas complejas sensaciones.
El dispositivo, compacto, ligero e inalámbrico, se coloca sobre la piel y aplica fuerza en cualquier dirección para generar diversas sensaciones, como vibraciones, estiramientos, presión, deslizamiento y torsión. El dispositivo, detallado en un estudio publicado en la revista Science, también puede combinar sensaciones y funcionar rápida o lentamente para simular un sentido del tacto más matizado y realista, reporta Consalud.
Alimentado por una pequeña batería recargable, el dispositivo utiliza Bluetooth para conectarse de forma inalámbrica a auriculares de realidad virtual y teléfonos inteligentes. Además, es pequeño y eficiente, por lo que podría colocarse en cualquier parte del cuerpo, combinarse con otros actuadores en conjuntos o integrarse en los actuales dispositivos electrónicos para llevar puestos.
“Con él podemos controlar con precisión la compleja sensación del tacto de forma totalmente programable»
Los investigadores prevén que, con el tiempo, su dispositivo podría mejorar las experiencias virtuales, ayudar a las personas con deficiencias visuales a navegar por su entorno, reproducir la sensación de diferentes texturas en pantallas planas para las compras por Internet, proporcionar retroalimentación táctil para las visitas sanitarias a distancia e incluso permitir que las personas con deficiencias auditivas «sientan» la música.
«Casi todos los actuadores hápticos se limitan a tocar la piel», explica John A. Rogers, director del diseño del dispositivo de Northwestern. «Pero la piel es receptiva a sentidos del tacto mucho más sofisticados. Queríamos crear un dispositivo que pudiera aplicar fuerzas en cualquier dirección, no sólo pinchar, sino empujar, girar y deslizar. Construimos un minúsculo actuador que puede empujar la piel en cualquier dirección y en cualquier combinación de direcciones. Con él podemos controlar con precisión la compleja sensación del tacto de forma totalmente programable». El estudio se basa en trabajos anteriores de los laboratorios de Rogers y Huang, en los que diseñaron un conjunto programable de actuadores vibratorios en miniatura para transmitir el sentido del tacto.
El obstáculo háptico
En los últimos años, las tecnologías visuales y auditivas han experimentado un crecimiento explosivo, proporcionando una inmersión sin precedentes a través de dispositivos como altavoces de sonido envolvente de alta fidelidad y gran detalle y gafas de realidad virtual totalmente inmersivas. Sin embargo, las tecnologías hápticas se han estancado. Incluso los sistemas más avanzados sólo ofrecen zumbidos.
Este retraso se debe en gran medida a la extraordinaria complejidad del tacto humano. En el sentido del tacto intervienen distintos tipos de mecanorreceptores (o sensores), cada uno con su propia sensibilidad y características de respuesta, situados a distintas profundidades de la piel. Cuando estos mecanorreceptores son estimulados, envían señales al cerebro, que se traducen como tacto. Reproducir esa sofisticación y esos matices exige un control preciso del tipo, la magnitud y el momento en que se aplican los estímulos a la piel. Esto supone un enorme reto, que las tecnologías actuales se han esforzado -y fracasado- en superar.
«Parte del motivo por el que la tecnología háptica va a la zaga del vídeo y el audio en cuanto a riqueza y realismo es que la mecánica de la deformación de la piel es complicada», explica J. Edward Colgate, pionero de la háptica y coautor del estudio. «La piel puede pincharse o estirarse lateralmente. El estiramiento de la piel puede ocurrir lenta o rápidamente, y puede suceder en patrones complejos a través de una superficie completa, como la palma de la mano entera».
«Hemos dado un gran paso hacia el control de la complejidad del sentido del tacto»
Para simular esa complejidad, el equipo de Northwestern desarrolló el primer actuador con plena libertad de movimiento (FOM). Esto significa que el actuador no está restringido a un único tipo de movimiento o a un conjunto limitado de movimientos. Puede moverse y aplicar fuerzas en todas las direcciones a lo largo de la piel. Estas fuerzas dinámicas activan todos los mecanorreceptores de la piel, tanto individualmente como combinados entre sí.
«Es un gran paso hacia el control de la complejidad del sentido del tacto», afirma Colgate, catedrático Walter P. Murphy de Ingeniería Mecánica en McCormick. «El actuador FOM es el primer dispositivo háptico pequeño y compacto que puede pinchar o estirar la piel, funcionar lenta o rápidamente y utilizarse en conjuntos. Como resultado, puede utilizarse para producir una notable gama de sensaciones táctiles».
El dispositivo, de unos pocos milímetros de tamaño, utiliza un imán diminuto y un conjunto de bobinas de alambre dispuestas en forma de nido. Cuando la electricidad fluye por las bobinas, genera un campo magnético. Cuando ese campo magnético interactúa con el imán, produce una fuerza suficiente para moverlo, empujarlo, tirar de él o girarlo. Combinando los actuadores en matrices, pueden reproducir la sensación de pellizcar, estirar, apretar y golpear. «Lograr un diseño compacto y una gran fuerza de salida es crucial», explica Huang, que dirigió el trabajo teórico. «Nuestro equipo desarrolló modelos computacionales y analíticos para identificar los diseños óptimos, asegurando que cada modo genera su componente de fuerza máxima al tiempo que minimiza las fuerzas o pares no deseados», explicó el investigador.
Dar vida al mundo virtual
En el otro lado del dispositivo, el equipo añadió un acelerómetro que le permite medir su orientación en el espacio. Con esta información, el sistema puede proporcionar una respuesta háptica basada en el contexto del usuario. Si el actuador está en una mano, por ejemplo, el acelerómetro puede detectar si la mano del usuario está con la palma hacia arriba o hacia abajo. El acelerador también puede seguir el movimiento del actuador y proporcionar información sobre su velocidad, aceleración y rotación.
Según Rogers, esta capacidad de seguimiento del movimiento es especialmente útil cuando se navega por espacios o se tocan diferentes texturas en una pantalla plana. «Si pasas el dedo por un trozo de seda, tendrá menos fricción y se deslizará más rápido que si tocas pana o arpillera», explica. «Puedes imaginarte comprando ropa o telas por Internet y queriendo sentir la textura».
“Nuestro sistema podría ayudar a cerrar aún más la brecha entre el mundo digital y el físico”
Además de reproducir experiencias táctiles cotidianas, la plataforma también puede transferir información a través de la piel. Cambiando la frecuencia, la intensidad y el ritmo de la retroalimentación háptica, el equipo convirtió el sonido de la música en tacto físico, por ejemplo. También fueron capaces de alterar los tonos con sólo cambiar la dirección de las vibraciones. Sentir estas vibraciones permitió a los usuarios diferenciar entre varios instrumentos.
«Pudimos desglosar todas las características de la música y convertirlas en sensaciones táctiles sin perder la sutil información asociada a cada instrumento», explica Rogers. «Es sólo un ejemplo de cómo podría utilizarse el sentido del tacto para complementar otra experiencia sensorial. Creemos que nuestro sistema podría ayudar a cerrar aún más la brecha entre el mundo digital y el físico. Al añadir un verdadero sentido del tacto, las interacciones digitales pueden resultar más naturales y atractivas».
