Imagine-se de mãos dadas com uma pessoa amada do outro lado do mundo. Ou sentir um tapinha nas costas de um colega de equipe no jogo online "Fortnite".

Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram um novo fino, sistema sem fio que adiciona uma sensação de toque a qualquer experiência de realidade virtual (VR). Esta plataforma não apenas adiciona potencialmente novas dimensões aos nossos relacionamentos e entretenimento de longa distância, a tecnologia também fornece próteses com feedback sensorial e transmite telemedicina com um toque humano.

Referido como um sistema de "VR epidérmico", o dispositivo comunica o toque por meio de um rápido, matriz programável de atuadores vibratórios em miniatura incorporados em um fino, suave, material flexível. Os protótipos em forma de folha de 15 por 15 centímetros laminam confortavelmente nas superfícies curvas da pele sem baterias pesadas e fios pesados.

"As pessoas contemplaram esse conceito geral no passado, mas sem uma base clara para uma tecnologia realista com o conjunto certo de características ou a forma adequada de escalabilidade. Projetos anteriores envolvem montagens manuais de atuadores, fios, baterias e hardware de controle interno e externo combinado, "disse John A. Rogers da Northwestern, um pioneiro da bioeletrônica. "Aproveitamos nosso conhecimento em eletrônica extensível e transferência de energia sem fio para reunir uma coleção superior de componentes, incluindo atuadores miniaturizados, em uma arquitetura avançada projetada como um dispositivo vestível com interface para a pele - quase sem nenhum obstáculo para o usuário. Achamos que é um bom ponto de partida que irá escalar naturalmente para sistemas de corpo inteiro e centenas ou milhares de sistemas discretos, atuadores programáveis. "

"Estamos expandindo os limites e as capacidades da realidade virtual e aumentada, "disse Yonggang Huang da Northwestern, que co-liderou a pesquisa com Rogers. "Em comparação com os olhos e as orelhas, a pele é uma interface sensorial relativamente pouco explorada que pode melhorar significativamente as experiências. "

A pesquisa será publicada no dia 21 de novembro na revista. Natureza .

Rogers é o professor Louis Simpson e Kimberly Querrey de Ciência de Materiais e Engenharia Biomédica na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern, professor de cirurgia neurológica na Feinberg School of Medicine e diretor do Center for Bio-Integrated Electronics.

Huang é o professor Walter P. Murphy de Engenharia Civil e Ambiental e professor de engenharia mecânica em McCormick.

Xinge Yu, um ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Rogers e atual professor assistente na City University of Hong Kong, foi o primeiro autor do artigo.

Como funciona

O dispositivo mais sofisticado de Rogers e Huang incorpora uma matriz distribuída de 32 individualmente programáveis, atuadores em escala milimétrica, cada um dos quais gera uma sensação discreta de toque em um local correspondente na pele. Cada atuador ressoa mais fortemente a 200 ciclos por segundo, onde a pele exibe sensibilidade máxima.

"Podemos ajustar a frequência e a amplitude de cada atuador rapidamente e em tempo real por meio de nossa interface gráfica de usuário, "Rogers disse." Nós adaptamos os projetos para maximizar a percepção sensorial da força vibratória entregue à pele. "

O patch conecta-se sem fio a uma interface touchscreen (em um smartphone ou tablet). Quando um usuário toca a tela sensível ao toque, esse padrão de toque é transmitido para o patch. Se o usuário desenhar um padrão "X" na tela sensível ao toque, por exemplo, os dispositivos produzem um padrão sensorial, simultaneamente e em tempo real, em forma de "X" através da interface vibratória com a pele.

Ao bater papo por vídeo em locais diferentes, amigos e familiares podem se aproximar e se tocar virtualmente - com atraso insignificante e com pressões e padrões que podem ser controlados por meio da interface da tela de toque.

"Você pode imaginar que sentir o toque virtual durante uma videochamada com sua família pode se tornar onipresente em um futuro próximo, "Huang disse.

Os atuadores são incorporados em um polímero de silicone intrinsecamente macio e levemente pegajoso que adere à pele sem fita ou tiras. Sem fio e sem bateria, o dispositivo se comunica por meio de protocolos de comunicação de campo próximo (NFC), a mesma tecnologia usada em smartphones para pagamentos eletrônicos.

"Com este esquema de fornecimento de energia sem fio, evitamos completamente a necessidade de baterias, com o peso deles, Tamanho, vida útil operacional em massa e limitada, "Rogers disse." O resultado é um fino, sistema leve que pode ser usado e usado sem restrições, indefinidamente. "

Veterano descreve a importância do feedback sensorial

Todos podem imaginar como esse tipo de tecnologia poderia ser combinado com um fone de ouvido de realidade virtual para criar experiências de jogo ou entretenimento mais interativas e envolventes. Mas para o veterano do Exército dos EUA Garrett Anderson, A RV epidérmica pode fornecer uma solução muito necessária para um problema da vida real.

Às 4h do dia 15 de outubro, 2005, Anderson foi emboscado durante sua implantação na Guerra do Iraque e perdeu o braço direito logo abaixo do cotovelo.

"Uma bomba explodiu embaixo do meu caminhão, - disse Anderson. - Isso explodiu todo o motor do veículo. Em seguida, estilhaços atravessaram o veículo e cortaram meu braço, que estava pendurado por tendões. "

Anderson experimentou recentemente o sistema da Northwestern, integrado com seu braço protético. Ao usar o patch em seu braço, Anderson podia sentir as sensações das pontas dos dedos protéticos transmitidas ao braço. As vibrações pareciam mais ou menos intensas, dependendo da firmeza de seu aperto.

"Digamos que estou pegando um ovo ou algo frágil, "disse Anderson, que agora é o coordenador de divulgação do Chez Veterans Center da Universidade de Illinois. "Se eu não consigo ajustar meu aperto, então posso esmagar o ovo. Preciso saber a quantidade de aderência que estou aplicando, para que eu não machuque algo ou alguém. "

'Eu nunca os senti com meu braço direito'

Como as pessoas que sofreram amputações usam o dispositivo, a experiência pode se tornar mais perfeita.

"Os usuários desenvolvem a capacidade de sentir o toque na ponta dos dedos de suas próteses por meio das entradas sensoriais na parte superior do braço, "Rogers explicou." Horas extras, seu cérebro pode converter a sensação em seu braço em uma sensação substituta na ponta dos dedos. Ele adiciona um canal sensorial para reproduzir a sensação do toque. "

Anderson acredita que este dispositivo poderia potencialmente "enganar" seu cérebro de uma forma que alivia a dor fantasma. Ele também imagina que isso poderia permitir que ele interaja com seus filhos de uma nova maneira.

"Eu perdi meu braço há 15 anos, "disse ele." Meus filhos têm 13 e 10 anos, então nunca os senti com meu braço direito. Eu não sei como é quando eles agarram minha mão direita. "

'Um ponto de partida'

Rogers vê o dispositivo atual como um ponto de partida. "Esta é a nossa primeira tentativa de um sistema deste tipo, "disse ele." Pode ser muito poderoso para interações sociais, medicina clínica e aplicações que não podemos conceber hoje, além das oportunidades óbvias em jogos e entretenimento. "

Ele e Huang já estão trabalhando para tornar o dispositivo atual mais fino e leve. Eles também planejam explorar diferentes tipos de atuadores, incluindo aqueles que podem produzir sensações de aquecimento e alongamento. Com entradas térmicas, por exemplo, uma pessoa pode ser capaz de sentir o quão quente está uma xícara de café através da ponta dos dedos protéticos.

A equipe da Northwestern acredita que a estrutura geral de engenharia pode acomodar centenas de atuadores com dimensões significativamente menores do que as usadas atualmente, que têm diâmetros de 18 milímetros e espessuras de 2,5 milímetros.

Eventualmente, os dispositivos podem ser finos e flexíveis o suficiente para serem tecidos em roupas. Pessoas com próteses podem usar camisetas de RV que comunicam o toque por meio dos dedos. E junto com os fones de ouvido de realidade virtual, os jogadores podem usar trajes de realidade virtual completos para mergulhar totalmente em paisagens fantásticas.

"A realidade virtual é uma área emergente de tecnologia muito importante, "Rogers disse." Atualmente, estamos apenas usando nossos olhos e ouvidos como base para essas experiências. A comunidade tem sido comparativamente lenta na exploração do maior órgão do corpo:a pele. Nosso sentido de toque fornece o mais profundo, mais profundo, conexão emocional entre as pessoas. "