Инженеры из Университета Райса и корейского Университета Кен Хи создали мягкую поверхность, которая меняет форму в реальном времени и реагирует на прикосновения. Разработка описана в журнале Science Advances и может изменить подход к созданию носимых устройств, тактильных дисплеев и систем взаимодействия человека с техникой.
Материал представляет собой сетку 6 на 6 мягких эластичных ячеек, расположенных над электромагнитами. За счет притяжения и отталкивания магнитных полей каждая ячейка поднимается или опускается с точностью до миллиметра, а вся поверхность способна принимать больше тысячи различных конфигураций. Ученые уже показали, как материал имитирует волны, рябь на воде и даже ритмичное сокращение сердца, а также умеет направлять капли воды в форму нужных букв.
Внутрь поверхности встроили датчики движения, которые считывают наклон каждого участка и восстанавливают общую форму без помощи камер. Сверху добавили сетку светодиодов 7 на 7, меняющих цвет в зависимости от деформации, поэтому материал одновременно работает как трехмерный дисплей. В одном из экспериментов поверхность имитировала морские волны под бумажным корабликом, а подсветка синхронно передавала движение воды.
Именно такая технология давно фигурирует в фантастических фильмах про автомобили будущего, где панели салона сами подстраиваются под водителя, а приборная поверхность меняет форму вместо привычных кнопок и экранов. Разработчики отмечают, что мягкая деформируемая обшивка может стать основой для адаптивных сидений, рулей и панелей, которые подстраиваются под положение тела человека и реагируют на его движения физически, а не только через дисплей.
Руководитель проекта, доцент кафедры машиностроения Раудель Авила, сравнил идею с выбором спелого авокадо в магазине, когда человек оценивает его не только взглядом, но и на ощупь. Эту логику команда попыталась заложить в новую поверхность, которая должна адаптироваться под человека и через прикосновение, и через визуальный отклик.
По словам ведущего автора исследования Пей Лю, устройство напоминает живой организм. Его мягкий верхний слой выполняет функцию кожи, жесткое основание служит скелетом, магниты работают как мышцы, а сенсоры действуют как нервные окончания и передают сигналы о деформации.
Одной из главных проблем оказалось управление магнитными силами, которые резко усиливаются при сближении магнитов. Чтобы решить эту задачу, исследователи создали математическую модель, которая заранее рассчитывает необходимое напряжение для получения нужной формы поверхности. Благодаря этому время отклика системы удалось сократить с нескольких минут до нескольких секунд, а изменение формы стало практически мгновенным. Разработчики рассчитывают применить технологию в обучающих тактильных инструментах, мягкой робототехнике, устройствах дополненной и виртуальной реальности, а также в системах помощи людям с нарушениями зрения.
Похожие разработки мягких деформируемых поверхностей ранее пытались создавать с помощью пневматики и гидравлики, но такие системы требовали громоздких насосов. В отличие от прежних систем, использовавших воздушные трубки и жидкости, новая разработка основана на магнитах. Устройство стало более компактным, а реакции по изменению формы в ячейках начали протекать быстрее значительно.
Отдельного внимания заслуживает прочность материала. Несмотря на мягкость, поверхность выдерживает щипки, нажатия и скручивания без повреждений, что важно для реального использования в носимой электронике и интерфейсах, с которыми человек контактирует руками ежедневно. Авторы отмечают, что именно сочетание долговечности и гибкости отличает их разработку от более хрупких лабораторных прототипов, которые часто теряли форму или ломались после нескольких циклов деформации.
Ранее мы писали о том, что физики нашли третье царство квантовых частиц.
Источник: hi-tech.mail.ru