Roma – Sviluppato un nuovo tipo di dispositivo indossabile che stimola l’epidermide per fornire diverse sensazioni complesse. A farlo una squadra di ingegneri guidata dalla Northwestern University. I risultati dello studio sono descritti sulla rivista Nature. Il cerotto sottile e flessibile aderisce delicatamente alla pelle, offrendo esperienze sensoriali più realistiche e immersive. Sebbene il nuovo dispositivo si presti al gaming e alla realtà virtuale, VR, i ricercatori prevedono possa avere anche applicazioni in ambito sanitario. Ad esempio, il dispositivo potrebbe aiutare le persone con disabilità visive a “sentire” l’ambiente circostante o aiutare persone con arti protesici. Il dispositivo è l’ultimo progresso nella tecnologia indossabile del pioniere della bioelettronica della Northwestern, John A. Rogers. Il nuovo studio si basa sul lavoro pubblicato nel 2019 su Nature, in cui il suo gruppo di ricerca ha introdotto la “VR epidermica”, un sistema interfacciato con la pelle che comunica il tocco attraverso una serie di attuatori vibranti in miniatura su ampie aree della pelle, con un rapido controllo wireless. “I nostri nuovi attuatori miniaturizzati per la pelle sono molto più capaci dei semplici ‘buzzer’ che abbiamo utilizzato come veicoli dimostrativi nel nostro documento originale del 2019”, ha affermato Rogers. “In particolare, questi piccoli dispositivi possono fornire forze controllate su una gamma di frequenze, offrendo una forza costante senza un’applicazione continua di potenza”, ha spiegato Rogers. “Una versione aggiuntiva consente agli stessi attuatori di fornire un delicato movimento di torsione sulla superficie della pelle per integrare la capacità di fornire forza, aggiungendo realismo alle sensazioni”, ha continuato Rogers, professore Louis A. Simpson e Kimberly Querrey di scienza e ingegneria dei materiali, ingegneria biomedica e chirurgia neurologica, con incarichi presso la McCormick School of Engineering della Northwestern University e la Feinberg School of Medicine della Northwestern University; inoltre dirige il Querrey Simpson Institute for Bioelectronics . Rogers ha co-diretto il lavoro con Yonggang Huang della Northwestern, Hanqing Jiang, della Westlake University, in Cina, e Zhaoqian Xie, della Dalian University of Technology in Cina. La squadra di ricerca di Jiang ha costruito le piccole strutture modificatrici necessarie per consentire i movimenti di torsione. Il nuovo dispositivo comprende una matrice esagonale di 19 piccoli attuatori magnetici incapsulati in un sottile e flessibile materiale in silicone a maglie.
Il dispositivo è costituito da una serie esagonale di 19 attuatori, che forniscono un feedback tattile.
Credito
Università nord-occidentale
Ogni attuatore può fornire sensazioni diverse, tra cui pressione, vibrazione e torsione. Utilizzando la tecnologia Bluetooth in uno smartphone, il dispositivo riceve dati sull’ambiente circostante di una persona per la traduzione in feedback tattile, sostituendo una sensazione, come la vista, con un’altra, come il tatto. Sebbene il dispositivo sia alimentato da una piccola batteria, risparmia energia utilizzando un ingegnoso design “bistabile”. Ciò significa che può rimanere in due posizioni stabili senza aver bisogno di un apporto energetico costante. Quando gli attuatori premono verso il basso, il dispositivo immagazzina energia nella pelle e nella sua struttura interna. Quando gli attuatori spingono di nuovo verso l’alto, il dispositivo utilizza la piccola quantità di energia per rilasciare l’energia immagazzinata. Quindi, il cerotto utilizza energia solo quando gli attuatori cambiano posizione. Con questo design a risparmio energetico, il dispositivo può funzionare per periodi di tempo più lunghi con una singola carica della batteria. “Invece di combattere contro la pelle, l’idea era in definitiva quella di utilizzare effettivamente l’energia immagazzinata nella pelle meccanicamente come energia elastica e recuperarla durante il funzionamento del dispositivo”, ha affermato Matthew Flavin, primo autore del documento. “Proprio come allungare un elastico, comprimere la pelle elastica immagazzina energia”, ha proseguito Flavin. Possiamo quindi riapplicare quell’energia mentre forniamo feedback sensoriali, e questa è stata in definitiva la base per il modo in cui abbiamo creato questo sistema davvero efficiente dal punto di vista energetico”, ha sottolineato Flavin. Al momento della ricerca, Flavin era un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Rogers. Ora è professore associato di ingegneria elettrica e informatica al Georgia Institute of Technology. Per testare il dispositivo, i ricercatori hanno bendato soggetti sani per esaminare la loro capacità di evitare oggetti sul loro cammino, di modificare la posizione dei piedi per evitare lesioni e di modificare la postura per migliorare l’equilibrio. Un esperimento prevedeva che un soggetto percorresse un percorso attraverso ostacoli che impedivano il passaggio. Quando il soggetto si avvicinava a un oggetto, il dispositivo forniva un feedback sotto forma di intensità luminosa nell’angolo in alto a destra. Quando la persona si avvicinava all’oggetto, il feedback diventava più intenso, avvicinandosi al centro del dispositivo. Con solo un breve periodo di addestramento, i soggetti che utilizzavano il dispositivo si sono dimostrati in grado di cambiare comportamento in tempo reale, sostituendo le informazioni visive con quelle meccaniche. “Come uno dei vari esempi di applicazione, mostriamo che questo sistema può supportare una versione base di ‘visione’ sotto forma di modelli tattili trasmessi alla superficie della pelle in base ai dati raccolti utilizzando la funzione di imaging 3D, LiDAR, disponibile sugli smartphone”, ha affermato Rogers. “Questo tipo di ‘sostituzione sensoriale’ fornisce un senso primitivo, ma funzionalmente significativo, dell’ambiente circostante senza fare affidamento sulla vista, una capacità utile per le persone con problemi di vista”, ha concluso Rogers. (30Science.com)
