Исследователи из Института интеллектуальных систем Макса Планка и Университета Колорадо в Боулдере разработали дисплей с мягкой формой, робот, который может быстро и точно изменять геометрию своей поверхности, чтобы взаимодействовать с объектами и жидкостями, реагировать на человеческое прикосновение и отображать буквы и цифры. – Все одновременно. Дисплей демонстрирует высокопроизводительные приложения и может появиться в будущем на заводе, в медицинских лабораториях или в вашем собственном доме.
Представьте себе iPad, который больше, чем просто iPad — с поверхностью, которая может трансформироваться и деформироваться, что позволяет вам рисовать 3D-проекты, создавать хайку, которые выпрыгивают из экрана, и даже держать руку вашего партнера из океана.
Это видение команды инженеров из Университета Колорадо в Боулдере (CU Boulder) и Института интеллектуальных систем Макса Планка (MPI-IS) в Штутгарте, Германия. В новом исследовании, опубликованном в Связь с природой, они создали единственный в своем роде дисплей, меняющий форму, который помещается на карточном столе. Устройство состоит из сетки 10 на 10 мягких роботизированных «мускулов», которые могут ощущать внешнее давление и всплывать, создавая узоры. Это достаточно точно, чтобы генерировать прокручиваемый текст, и достаточно быстро, чтобы встряхнуть химический стакан, наполненный жидкостью.
Он также может дать нечто еще более редкое: осязание в эпоху цифровых технологий.
«По мере развития технологий мы начали с отправки текста на большие расстояния, затем аудио, а затем видео», — сказал Брайан Джонсон, один из двух ведущих авторов нового исследования, получивший докторскую степень в области машиностроения в Калифорнийском университете в Боулдере в 2022 году и сейчас научный сотрудник Института интеллектуальных систем им. Макса Планка. «Но нам все еще не хватает контакта».
Инновация основывается на классе мягких роботов, созданных командой под руководством Кристофа Кеплингера, бывшего доцента кафедры машиностроения в Калифорнийском университете в Боулдере, а ныне директора MPI-IS. Они называются самовосстанавливающимися электростатическими приводами с гидравлическим усилением (HASEL). Прототип дисплея еще не готов к продаже. Но исследователи предполагают, что однажды подобные технологии могут привести к созданию сенсорных перчаток для виртуальных игр или умной конвейерной ленты, которая может волнообразно отделять яблоки от бананов.
«Можно представить, что эти воспринимающие и приводящие в действие клетки можно расположить в любом количестве различных форм и комбинаций», — сказал Мантас Нарис, соавтор статьи и докторант факультета машиностроения им. Пола М. Рэди. «На самом деле нет предела тому, к чему в конечном итоге могут привести эти технологии».
Игра на аккордеоне
Проект берет свое начало в поиске другой технологии: синтетических органов.
В 2017 году исследователи во главе с Марком Ренчлером, профессором машиностроения и биомедицинской инженерии, получили финансирование от Национального научного фонда для разработки того, что они называют ТКАНЬЮ — мягкими органами, которые ведут себя и ощущаются как настоящие части человеческого тела, но полностью сделаны из пластика. как материалы.
«Вы можете использовать эти искусственные органы для разработки медицинских устройств или хирургических роботизированных инструментов с гораздо меньшими затратами, чем использование настоящих тканей животных», — сказал Рентшлер, соавтор нового исследования.
Однако при разработке этой технологии команда пришла к идее настольного дисплея.
Дизайн группы примерно размером с игровое поле Scrabble и, как и одна из этих досок, состоит из маленьких квадратов, расположенных в виде сетки. В этом случае каждый из 100 квадратов представляет собой отдельный привод HASEL. Приводы сделаны из пластиковых мешочков в форме крошечных гармошек. Если через них пропустить электрический ток, жидкость перемещается внутри мешочков, заставляя гармошку расширяться и подпрыгивать.
Приводы также включают в себя мягкие магнитные датчики, которые могут обнаруживать, когда вы нажимаете на них. По словам Джонсона, это позволяет проводить забавные мероприятия.
«Поскольку датчики основаны на магнитах, мы можем использовать магнитную палочку для рисования на поверхности дисплея», — сказал он.
Слышал что?
Другие исследовательские группы разработали аналогичные смарт-планшеты, но дисплей CU Boulder мягче, занимает гораздо меньше места и работает намного быстрее. Каждая из его роботизированных мышц может двигаться до 3000 раз в минуту.
Исследователи сейчас сосредоточены на уменьшении размера приводов для увеличения разрешения дисплея — почти как добавление большего количества пикселей на экран компьютера.
«Представьте, что вы можете загрузить статью на свой телефон, и она будет отображаться шрифтом Брайля на вашем экране», — сказал Нарис.
Группа также работает над тем, чтобы вывернуть дисплей наизнанку. Таким образом, инженеры могли бы разработать перчатку, которая касается кончиков пальцев, позволяя вам «чувствовать» объекты в виртуальной реальности.
И, по словам Рентшлера, дисплей может принести кое-что еще: немного тишины и покоя. «Наша система, по сути, бесшумна. Приводы почти не шумят».
Среди других соавторов нового исследования CU Boulder Николаус Коррелл, доцент кафедры компьютерных наук; Шон Гумберт, профессор машиностроения; аспиранты машиностроения Вани Сундарам, Ангелла Волчко и Хой Ли; и выпускники Шейн Митчелл, Эрик Акоме и Ник Келларис. Кристоф Кеплингер также был соавтором обеих своих ролей в CU Boulder и MPI-IS.
Цель Института интеллектуальных систем им. Макса Планка состоит в том, чтобы исследовать и понять принципы организации интеллектуальных систем и лежащий в их основе цикл «восприятие-действие-обучение».