die Berührung des Benutzers verändert
Stellen Sie sich ein iPad oder einen Kindle für Blinde vor, mit aufblasbarer Blindenschrift, die bei Berührung ihre Form verändert. Eine von Cornell geleitete Zusammenarbeit hat eine entscheidende Komponente für eine solche Technologie entwickelt: eine haptische Anordnung dicht gepackter Aktoren, die "Punkte" aus Silikonmembranen auftauchen lassen, wenn sie durch Verbrennung ausgelöst werden.
Die Arbeit des Teams mit dem Titel "Valveless Microliter Combustion for Densely Packed Arrays of Powerful Soft Actuators" (Ventillose Mikroliterverbrennung für dicht gepackte Arrays leistungsstarker weicher Aktoren) wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. Der Hauptautor ist der Doktorand Ronald Heisser.
Eine der größten Hürden bei der Entwicklung einer dynamischen Braillezeile für die Elektronik besteht darin, herauszufinden, wie man die erforderliche Kraft für jeden Punkt aufbringen kann. Bisherige Versuche waren in der Regel mit Motoren, Hydraulik oder gefesselten Pumpen verbunden, die allesamt schwerfällig, komplex und teuer sind, so Rob Shepherd, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik am College of Engineering und Hauptautor der Studie.
"Etwas, das seine Form so verändern kann, dass man es fühlen kann, wie ein echtes Objekt, gibt es noch nicht. Es gibt diesen Kompromiss zwischen kleinen Aktoren, Größe, Gewicht und Kosten. Das ist so schwierig", sagte Shepherd. "Alle haben es mit elektromechanischen Systemen versucht. Also haben wir uns gedacht: Wie wäre es, wenn wir ganz darauf verzichten und die Verbrennung nutzen. Kleine Gasmengen können starke Leistungen erzeugen.
Das Cornell-Team arbeitete mit Forschern des Technion-Israel Institute of Technology zusammen, um ein System zu entwickeln, das hauptsächlich aus geformtem Silikon und mikrofluidischen Flüssigmetallspuren besteht, in denen Flüssigmetallelektroden einen Funken erzeugen, der ein mikroskaliges Volumen mit vorgemischtem Methan und Sauerstoff entzündet. In ihrem Array-Design fließt dieser Brennstoff durch eine Reihe unabhängiger Kanäle, die jeweils zu einem 3 Millimeter breiten Aktor führen. Durch die schnelle Verbrennung bläht sich eine dünne Silikonmembran an jeder Stelle um mehrere Millimeter auf. Ein magnetisches Verriegelungssystem verleiht diesen Punkten ihre dauerhafte Form, und das ganze System kann durch einfaches Herunterdrücken zurückgesetzt werden.
Da keine elektromechanischen Ventile erforderlich sind, können die Aktoren dichter gepackt werden, was zu einem kleineren, potenziell tragbaren System führt, das dennoch in der Lage ist, große Auslenkungen mit hoher Kraft in weniger als einer Millisekunde zu erzeugen. Und da die fluidischen Elastomeraktoren schnell abkühlen und so wenig Treibstoff benötigen, könnte eine kommerzielle Version sicher betrieben werden.
Die Technologie ist außerdem dehnbar und anpassungsfähig, und die Forscher gehen davon aus, dass sie in einer Reihe von Anwendungen zum Einsatz kommen könnte, z. B. in weichen Robotern und tragbaren Virtual-Reality-Geräten, die künstliche Berührungen simulieren. Die biokompatiblen Komponenten könnten auch für chirurgische Werkzeuge verwendet werden, die Gewebe manipulieren oder blockierte Gänge bei Patienten öffnen.
Das derzeitige System besteht aus neun fluidischen Elastomeraktoren, aber die Forscher hoffen, das System zu erweitern und schließlich ein vollständiges elektronisches taktiles Display zu entwickeln.
"In den letzten 30 Jahren hat man versucht, die Aktoren in einem Array sehr eng zusammenzupacken", so Heisser. "Der Tastsinn ist für uns in gewisser Weise vertrauter als das Sehen. Die Technologie hat echtes Potenzial. Ich denke, unsere Arbeit zeigt, dass es noch mehr Möglichkeiten gibt, darüber nachzudenken. Chemische Betätigung ist wirklich etwas, das man nicht ignorieren sollte".
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