Усовершенствованная роботизированная рука, подключённая напрямую в мозг, успешно выдержала испытания, позволяя парализованному человеку «чувствовать» касание пальцами.

Роботизированная рука, разработанная лабораторией прикладной физики Университета Джона Хопкинса, является частью исследовательского проекта по созданию усовершенствованных заменителей конечностей, финансируемого агентством передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA) министерства обороны США.

28-летнему мужчине, который был парализован в течение более чем десяти лет после травмы спинного мозга, были подсоединены электроды от роботизированной руки к сенсорной и моторной зонам коры головного мозга. В руке были установлены сенсорные датчики. Это позволило ему определять, какого из пальцев коснулись с почти 100 % точностью.

Участвовавшему в испытаниях мужчине завязали глаза повязкой. Несмотря на это, он точно указывал, какого из пальцев касались. Он также определил, когда исследователи попытались его обмануть, коснувшись не одного, а сразу двух пальцев руки.

«Протезы конечностей, управляемые с помощью мысли, подают большие надежды. Но без обратной связи с помощью сигналов, проходящих назад к мозгу, будет трудно достичь того уровня контроля, который необходим для выполнения точных движений», — заявил руководитель программы DARPA доктор Джастин Санчес (Justin Sanchez). Новая технология была представлена 10 сентября на форуме Wait, What? A Future Technology Forum, организованном DARPA.

Ранее в этом году исследователи из Австрии создали протез ноги с шестью сенсорами в основании конечности, соединёнными с нервными окончаниями в культе человека. Вместо непосредственного подключения к головному мозгу, в этом случае протез был соединён с нервными окончаниями в здоровой ткани бедра пациента.

Учёными из Технологического института Карлсруэ в Германии был создан материал, который способен делать накрытые им предметы нечувствительными для осязания человека. Изобретение уже успело получить название «плащ-невидимка», хотя невидимым оно никого не делает. Разработанное изделие благодаря своей особой структуре просто распределяет механическую нагрузку при касании рукой таким образом, что понять, находится ли какой-то предмет под «плащом», будет практически невозможно.

В основу изобретения легла созданная физическая структура полимерного материала, представляющая собой множество соприкасающихся друг с другом иглообразных элементов, которые напоминают по своей форме конус. Сам материал представляет собой идеально выверенную кристаллическую структуру, точность которой находится на субмикронном уровне.

«Мы работали над такой структурой, которая накрывала бы собой и обволакивала объект таким образом, чтобы при механическом воздействии на него приложенная сила грамотно перераспределялась и перенаправлялась. А спрятанный предмет в конечном итоге оказывался просто неосязаемым, независимо от его размеров и характера. Реализовать задуманный эффект стало возможным не благодаря химическим свойствам нашего изделия, а при помощи идеально выверенных математических расчётов контактной поверхности игловидных конусов»,  — рассказал в интервью один из участников проекта Тиемо Бакмен (Tiemo Buckmann).

В качестве примера был продемонстрирован жёсткий цилиндр, который был «запрятан» под слой антиосязательного материала. Прикосновения пальцем не позволяли определить наличие цилиндра, как это стало бы возможным, если объект накрыть поролоном или обычной хлопковой тканью.

Областью применения разработки специалистов института Карлсруэ может стать использование материала в качестве сверхтонкой изоляции для кабелей и трубопроводов.  

Ученые из Инженерной школы Viterbi при университете Южной Калифорнии построили «чувствительного» робота, он различает на ощупь множество материалов, причем, как заявляют разработчики, в этом машина проявляет себя лучше человека. За чувствительность отвечает тактильный сенсор BioTac, который подражает кончику человеческого пальца.

Сенсор BioTac представляет собой конструкцию с мягким покрытием, под которым находится жидкий наполнитель, они позволяют с высокой точностью определять точку приложения силы и температурные особенности объекта, с которым соприкасается сенсор. Высокая чувствительность сенсора определяется покрытием с тонким рельефом, когда робот проводит кончиком «пальца» по изучаемой поверхности, покрытие производит вибрации, и их анализ позволяет идентифицировать сам материал, чему способствует жидкое наполнение. Ученые напоминают, что механизм человеческого осязания принципиально имеет то же строение, хотя эффективность машины в конечном итоге оказывается выше.

Авторы проекта уточняют, что новый робот обучен идентифицировать 117 материалов и объектов, включая текстильные ткани, канцелярские принадлежности и инструменты из мастерской. Если предложить машине «пощупать» какой-либо из известных предметов, она выдаст правильный ответ с 95-процентной вероятностью. При изучении объекта робот проводит по нему сенсорами в среднем пять раз, прежде чем ответить. Ученые уверены, что данная технология будет использоваться в дальнейшем при разработке электронных протезов с функциями обратной связи.

Материалы по теме:

• Построен робот-пловец Swumanoid;
• Takara Tomy готовит игрушечного собакоподобного робота;
• Робот-кулинар производит 2500 инари-суши в час.

Источник:

• ubergizmo.com

Повсеместное распространение сенсорных экранов и популярность планшетов, которые готовы составить сильную конкуренцию другим мобильным компьютерам и взять на себя выполнение многих повседневных задач пользователей, ставит перед индустрией сложную задачу: обеспечить комфортный набор больших объёмов текста. Печать на клавиатуре сенсорного экрана наряду с очевидными преимуществами, вроде наглядности вводимого материала, сопряжена с рядом трудностей, обусловленных отсутствием осязания видимых на экране клавиш и других объектов управления.

 

 

Данную проблему компания Apple принялась решать задолго до появления оригинального планшета iPad: ещё в декабре 2009 года стал известен патент компании под заголовком «Воспроизведение тактильных нажатий на гладкой сенсорной поверхности», в котором, в частности, было указано следующее: «Артикуляционная схема воспроизводит рёбра кнопок, которые определяют их границы или механизмы тактильной обратной связи этих участков. Система также может быть настроена на имитацию хода клавиш при их нажатии». Однако было не вполне ясно, как именно Apple намерена решить эту задачу.

Очередной патент компании в этой области раскрывает некоторые подробности аппаратной реализации данного подхода, в котором будут использоваться программируемый магнит с переменной полярностью и жидкие ферромагнетики, способные изменять форму под воздействием магнитного поля. При необходимости во время прикосновения пальцев к сенсорному экрану будут активироваться программируемые магниты, которые создадут осязаемые детали в нужных местах на поверхности. Таким образом, для эффективного использования жидкие ферромагнетики должны весьма быстро реагировать на команды процессора.

 

Над стеклом — жидкий ферромагнетик, под ним — магнит

Остаётся непонятным, как данная технология может сочетаться с существующей, которая использует на поверхности сенсорного экрана ударопрочное стекло. Быть может, речь идёт об одном из возможных направлений в поиске подходящего технологического решения? Например, швейцарские исследователи предлагают использовать пьезоэлектрические поверхности, на которых с помощью локализированной подачи тока можно создавать микроколебания, позволяющие имитировать тактильные ощущения на коже.

 

 

Материалы по теме:

• Работник Foxconn рассказал некоторые подробности о готовящемся iPhone 5;
• Apple iPhone нового поколения может получить камеру Lytro;
• Apple – крупнейший покупатель полупроводников в 2011 году.

Источник:

• ubergizmo.com

Современная роботехника демонстрирует неплохие успехи в том, что касается обеспечения машин зрением и слухом. Далеко позади находится прогресс в обонянии и вкусовых чувствах, а уж про осязание и говорить не приходится – ну как может осязать пластиковая конечность какого-то там робота? Команда ученых под началом Женана Бао (Zhenan Bao) решила нарушить эту очередность, разработав чувствительную к давлению «электронную кожу».

В качестве базы используется сочетание германия и кремния, нанесенное на липкую полиамидную пленку. Размер действующего прототипа составляет 49 см², а диапазон воспринимаемого давления лежит в пределах 0-15 кПа – это приблизительно сравнимо с печатью на клавиатуре или удерживанием в руках небольшого предмета. Эластичный материал, как и человеческая кожа, меняет свою толщину под воздействием давления, что фиксируется сетью встроенных конденсаторов.

Один из ученых команды, Али Джэви (Aly Javey), объясняет, почему придание роботам тактильной чувствительности важно для дальнейшего прогресса в роботехнике: «Люди знают, как держать в руках хрупкое яйцо, не раздавив его. Если мы когда-нибудь хотим увидеть робота, моющего посуду, то должны убедиться в том, что он не раскрошит тонкие винные бокалы». Такая же логика применима и к другим сферам использования «чувствительных» машин.

Впрочем, одно лишь восприятие давления не является полноценной заменой для сложной сети сенсоров, скрывающейся в нашей коже. Мы воспринимаем также и сопутствующие ощущения, такие как тепло, боль, холод и т.д. Но разработка поверхностей, подобных «электронной коже», в будущем может привести к созданию комплексных интеллектуальных материалов, с помощью которых роботы смогут воспринимать что угодно – от уровня радиации до содержания биологических агентов.

Материалы по теме:

• С дифференциалом PARITy сбить летающих роботов станет труднее;
• Видео недели: хит-парад роботов-барменов;
• DARPA разрабатывает робота-метателя гранат ARM.

Трехмерные объекты можно не только видеть, но и чувствовать. Добиться этого можно с помощью относительно недорогого устройства виртуальной реальности HUVR, разработанного учеными Калифорнийского Университета (University of California, Сан-Диего, США).

В комплект системы HUVR (Heads-Up Virtual Reality device) входит стандартная 3D-панель с HD-разрешением, посеребрённое зеркало и набор сенсоров. Зеркало проецирует графическое изображение рядом с руками пользователя (манипулятором). Положение головы человека отслеживается для построения правильной перспективы.

 

 

Благодаря HUVR, пользователь может в буквальном смысле прикоснуться к контурам и углам виртуального трехмерного объекта, словно тот настоящий.

Система HUVR может быть очень полезна для выполнения заданий, в которых задействованы и глаза, и руки. Также разработку ученых Калифорнийского Университета можно использовать в образовательных целях: студентами-медиками во время практики, в машиностроении. Кроме того, HUVR может оказаться полезной для археологов и историков. С помощью устройства виртуальной реальности, ученые могут изучать древние артефакты без боязни повредить объект, то есть его виртуальную копию.

Необходимо отметить, что прототипы подобных решений разрабатываются уже много лет. Тем не менее, многие из существующих систем оказываются очень дорогими. По словам создателей HUVR, преимущество устройства - его доступность.

Будем надеяться, что совсем скоро на рынке появятся подобные HUVR системы, которые можно будет использовать для развлечений - игр, к примеру.

Материалы по теме:

• Видео дня: 3D дисплей Sony с углом обзора 360°;
• AquaLux 3D: каждый пиксель 3D картинки - отдельная капля воды;
• Toshiba вывела на рынок 3D-ноутбук и представила три новые модели.

Искусственная кожа со встроенными оптическими сенсорами может помочь роботам приблизиться по уровню восприятия окружающей среды к человеку. Существующие сенсорные системы, основанные на датчиках давления и механического сопротивления, ограничены в способности фиксировать слабые изменения в давлении и различать особенности текстур поверхностей. Ключевая причина – электрические компоненты и провода, обладающие малой гибкостью. Увеличение количества сенсоров может предоставить роботам дополнительную информацию об осязаемом объекте, но их размещение близко друг к другу вызывает электромагнитную интерференцию. Чтобы обойти эти препятствия, Джерон Миссинн (Jeroen Missinne) с коллегами из Гентского университета (Ghent University) в Бельгии разработал гибкий материал, состоящий из двух слоёв параллельных полимерных полос, расположенных перпендикулярно друг к другу. Слои разделены тонким листом пластика. В полосы, выполняющие роль оптических волокон, непрерывно подаётся световой сигнал. Когда на любой участок синтетической кожи оказывается давление, полимерные полоски сближаются и свет может проникать из одной в другую. Фиксирование таких "утечек" создаёт высокочувствительный механизм обратной связи. Хирургические роботы уже способны предоставлять хирургам определённый уровень тактильной связи, и Миссинн считает, что его разработка значительно повысит характеристики таких устройств. Применение оптических элементов позволяет избавиться от эффекта интерференции, поэтому расстояние между ними может достигать 125 мкм. Учёные уверены в важности наделения роботов способностью различать через осязание объекты и воздействующие на кожу силы, однако новой разработке ещё предстоит пройти подробные тесты, когда будет изготовлен полномасштабный прототип к концу нынешнего года. Материалы по теме: - Робот-рука из "Звездных войн" в продаже;
- Видео дня: роботы осваивают тай-чи и учатся владеть мечом;
- IT-байки: Роботы против людей или люди против роботов?.

За последние несколько лет появилось немалое количество технологий придания изображению на экране телевизора или монитора компьютера большей реалистичности. Аудиосистемы, широкоформатные дисплеи, высококачественное видео, различные методики формирования 3D-картинки – всё это призвано вовлечь зрителя в показываемое действо. Однако область непосредственного восприятия происходящего на экране "собственной шкурой" оставалась практически незатронутой. Возможно, ситуацию изменит "Жилет ощущений" (Emotions Jacket) – исследовательская платформа, которая использует чувство осязания, чтобы вывести опыт просмотра фильмов на новый уровень. Тогда как другие техники создания "эффекта присутствия" концентрируются преимущественно на аудио и визуальных факторах, разработка Philips обращается к самому крупному органу человеческого тела – коже. Устройство представляет собой, как ясно из названия, предмет одежды, по которому равномерно распределена серия актуаторов, схожих с вибрационными моторчиками мобильных телефонов. Они соприкасаются с руками и торсом, и путём их активирования в ответ на происходящее по ту сторону экрана возможно воссоздать ощущения, похожие на те, которые испытывает персонаж в сцене, например, во время боя. Но эффект "погружения" достигается не только физическим воздействием, но и сопровождающим его эмоциональным состоянием. Так, страх часто вызывает проходящую по спине дрожь. Остаётся лишь имитировать механический компонент – дрожь, и вслед за ним появится страх (если сам фильм будет не жутко скучным, разумеется). Нетрудно заметить, что инженеры Philips позаимствовали идею у распространённых в своё время в игровых клубах жилетов, работающих схожим образом, только значительно менее технологичных. В результате пользователь "Жилета ощущений" больше вовлечён в экранное действо. Исследователь из Philips Research Пол Лемменс (Paul Lemmens) так объясняет суть новой разработки: "Если вы смотрите, скажем, фильм с кунг-фу, надев жилет, вы не почувствуете ударов, но испытаете облегчение, когда сражение между мастерами боевых искусств окончится". С научной точки зрения, связь между эмоциями и осязанием является до сих пор слабо изученной территорией по сравнению с восприятием изображения, звука и освещения. Но что достоверно известно – настроение в каждый момент времени зависит от телесного физического комфорта. Philips намерена продолжить исследования, чтобы найти правильные физические стимулы, которые смогли бы привести, например, к хорошему расположению духа. Практическая ценность в случае успеха выйдет за рамки видеоразвлечений и найдёт широкое применение в медицине. Распространение применяемых в "Жилете ощущений" технологий также вероятно. Сенсоры могут быть встроены в детские матрасы, чтобы ненавязчиво оценивать состояние и предугадывать потребности. Актуаторы затем будут способны через воздействие на кожу создавать комфортную среду – снижать беспокойство, расслаблять, устранять последствия стресса и тому подобное. Несмотря на потенциальное практическое значение, данная разработка является только исследовательской платформой, с помощью которой изучается взаимосвязь физического и психологического состояний. Вряд ли появится устройство с аналогичными характеристиками и видом, которое пользователь будет надевать каждый раз во время просмотра ТВ – конечный продукт должен быть совершеннее. Материалы по теме: - Голография с эффектом осязания: на это стоит взглянуть!;
- Gaia: концепт эмоционального телефона;
- IT-байки: Реальность и выдумка с точки зрения мозга.

Технологии формирования трехмерных голограмм ожидаемы и грандами электронной индустрии , и научными коллективами, и частными пользователями, желающими еще большего реализма в видео и играх, ведь улучшения в физике графики и кремниевых чипах видеокарт не могут произвести революцию. Однако все доныне существовавшие технологии создания голограмм и 3D-изображений обладали общим недостатком, присущим любому другому видеоустройству: к картинке нельзя прикоснуться и ощутить ее форму и структуру. Поэтому реализация взаимодействия с объектом непосредственно, без специализированных приспособлений, имитирующих обратную связь, является еще одним вызовом на пути к созданию устройств сверхреалистичной визуализации. И приняли его исследователи из Токийского университета (The University of Tokyo), которые на проходящем в Новом Орлеане мероприятии SIGGRAPH 2009 продемонстрировали устройство Airborne Ultrasound Tactile Display ("Воздушный ультразвуковой тактильный дисплей"), разработанное в рамках проекта Touchable Holography ("Осязаемая голография"). Технология создания голограммы использует вогнутое зеркало, отстоящее на 30 см от ЖК-экрана, для формирования изображения с трехмерным голографическим эффектом. Тактильное восприятие видимой картинки достигается двумя путями. Во-первых, над дисплеем расположены контроллеры Wiimote для отслеживания движений руки и соответствующего перемещения визуализированного объекта. Во-вторых, разработчики создали ультразвуковой генератор, состоящий из 324 преобразователей с индивидуально контролируемыми параметрами – фазовой задержкой и амплитудой. Он формирует в перемещаемой точке фокуса диаметром 20 мм давление воздуха со значением 1,6 грамм-силы, воздействующей на руку. Таким образом, благодаря комбинации двух методик, придаётся эффект реальности касания объекта. Результат – голографическая проекция с тактильной обратной связью, в процессе которой само изображение не разрушается. Впрочем, видео стоит всех слов. Более детально ознакомиться с принципами функционирования технологии можно здесь. Материалы по теме: - 3D-телевидение: скоро в каждом доме;
- NVIDIA создала систему трехмерного изображения;
- Объемные мониторы все ближе к реальности.

• www.siggraph.org

Компания Immersion объявила о намерении продемонстрировать интегрированную в экраны мобильных устройств осязаемую обратную связь ближайшее время. Разработчик предполагает выйти на рынок главным образом через лицензирование своих технологий таким компаниям, как Sony или Microsoft. Производители портативной электроники уже рассматривали различные возможности внедрения обратной связи, в том числе посредством мыши, но попытки не были успешными. Продано около 70 млн устройств с разнообразными технологиями интерактивной физической связи, что затрагивает мизерную долю рынка мобильных аппаратов. Immersion видит среди оснащенных своей разработкой устройств ноутбуки, портативные игровые консоли, мобильные интернет-коммуникаторы (MID). "Восприятие прикосновений является фундаментом будущего в области пользовательских интерфейсов цифровой техники, и наша демонстрация станет еще одним эволюционным шагом, - говорит исполнительный директор компании Клент Ричардсон (Clent Richardson). - Сенсорные экраны с простым касанием без ощущения осязания не раскрывают потенциал мобильной электроники - от мобильных телефонов до игровых консолей". На мероприятии Fortune Brainstorm: Tech в Пасадене, Калифорния, компания обещает показать основанную на соединенных сетью планшетных ПК, включающих новую технологию, игровую систему, посредством которой можно будет поиграть в бильярд. При этом игроки смогут ощутить удары по шару благодаря высокоточной обратной связи, держа в руках компьютер и прикасаясь к экрану. Материалы по теме: - Нетбуки оснастят сенсорными панелями;
- 10-пальцевый тачскрин выпускает Synaptics;
- Первый в мире нетбук с цветным ЖК-тачпэдом.

На страницах 3DNews мы не раз знакомили читателей с самыми необычными системами для взаимодействия человека и техники, будь то компьютер или экспериментальная установка. Причин для разработки таких устройств имеется целое множество. Одни компании, к примеру, создают экзотические системы управления для заядлых геймеров, которые уже имеют возможность отстреливать виртуальных противников с помощью силы мысли (вспоминаем OCZ Neural Impulse Actuator (NIA). Последним ярким анонсом в сфере таких решений стало заявление ученых Технологического института штата Джорджия, которые предлагают вместо джойстика использовать собственный язык. Так уж вышло, что сегодня яркое изобилие медиа в интернете, на экране телевизора или ПК нам приходится воспринимать с помощью зрения и слуха, а вот чувством осязания мы практически не пользуемся – ну, разве что шлёпаем пальцами по клавиатуре или кнопкам мыши. Исправить эту ситуацию недавно взялись японские ученые. На днях они представили общественности установку, способную с помощью ультразвука генерировать виртуальные объекты, которые в буквальном смысле можно пощупать. Конечно, идея создания систем взаимодействия ПК с помощью рук не нова. Такие решения уже много раз предлагались учеными из разных стран. Вот только основным их недостатком была необходимость применения подручных средств (перчаток, к примеру). Новая же разработка отличается от этих систем тем, что вместо «железных» примочек здесь главная роль отводится ультразвуку. Сегодня системе стабильно функционировать помогает видеокамера, однако совсем скоро разработчики обещают ее исключить. По словам профессора Такауки Ивамото (Takayuki Iwamoto), такие системы можно будет применять во многих сферах деятельности человека – 3D-моделирование, архитектура, гейминг. В то же время, изобретение имеет серьезный недостаток - использование ультразвука может негативно сказаться на здоровье человека. Будем надеяться, что скоро разработчикам удастся решить эту проблему. Материалы по теме: - Управление техникой при помощи языка... Фантастика? Отнюдь!;
- CeBIT 2008: виртуальная прогулка по выставке;
- IT и инвалиды: реабилитация и жизнь в цифре.