Display tátil 3D combina toque com tecnologia

O que começou como uma tentativa de criar órgãos simulados e macios para dispositivos médicos e robôs cirúrgicos, nos deu, em vez disso, uma tela 3D sensível ao toque e que transforma formas. Este dispositivo multifuncional, desenvolvido por pesquisadores da Universidade do Colorado em Boulder e do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, é quase tão grande quanto um jogo de tabuleiro e pode criar padrões pop-up, manipular objetos em sua superfície e agitar um copo de líquido. .

“Todo o conceito de criação da tela 3D foi… tentar replicar o corpo humano, não biologicamente, mas do ponto de vista dos sentidos e das respostas”, diz Marco Rentschler, um roboticista da CU Boulder. O que significou projetar um sistema com atuadores e sensores suaves para replicar músculos e nervos dentro do corpo, e uma estrutura de suporte para representar o esqueleto.

“Este tipo de detecção poderia criar algumas simulações cirúrgicas muito interessantes para o treinamento de estudantes de medicina ou para o desenvolvimento de dispositivos médicos em robótica.”
—Mark Rentschler, Universidade do Colorado em Boulder

O resultado é uma superfície de exibição composta por uma grade de 10 por 10 unidades celulares individuais, com atuação, detecção e controle de alta velocidade. Cada célula tem cerca de 6 centímetros por 6 centímetros e 1,4 cm de altura, repleta de atuadores e sensores suaves e componentes eletrônicos de suporte. O sistema está conectado a um pequeno PC para computação. A papel sobre este trabalho foi publicado em Comunicações da Natureza em julho.

Os “músculos” macios do dispositivo vêm do trabalho anterior do estudante de pós-graduação Ellen Rumleyque projetou a Eletrostática Autocurativa Amplificada Hidraulicamente (HASEL) atuadores. “Esses atuadores usam folhas simples de polímero para reter o óleo dentro deles”, diz Rentschler. “Ao passar uma corrente pelos componentes, você pode fazer com que os atuadores se fechem.”

Cada célula da superfície sensível ao toque contém uma pilha de atuadores HASEL. A equipe de Rentschler usou um design dobrado modificado do atuador. A compressão das câmaras de óleo individuais faz com que toda a pilha aumente ou diminua de tamanho. Além de serem suaves, os HASELs têm uma taxa de resposta rápida (de 50 hertz) e se transformam bem o suficiente para mover sólidos e líquidos por toda a superfície da tela. É sensível a cerca de 5 gramas de massa e a deformações tão pequenas quanto 0,1 milímetro. Por outras palavras, uma quantidade muito pequena de força na superfície pode ser detectada, diz Rentschler.

Para criar detecção e resposta, tanto a estímulos externos, quanto para fornecer controle do atuador de circuito fechado, os pesquisadores usaram sensores magnéticos macios feitos de silicone. Rentschler diz que o grupo colocou os sensores diretamente na camada superficial, dando ao sistema a capacidade de detectar deformações superficiais e estímulos externos. Isto também deu a mostrar ocupava pouco espaço e permitia realizar diversas sequências de atuações, tanto com o usuário quanto com outros objetos.

https://www.youtube.com/watch?v=osM1R1PnR2U.Tela que muda de forma para projetos 3DYouTube

Embora as telas que mudam de forma não sejam exatamente novas, este sistema é o único por ser menor, mais rápido, mais silencioso e mais suave. Seus requisitos computacionais e de energia são baixos. Além disso, é uma superfície contínua, não pontos discretos, diz Rentschler, “E isso nos permite fazer algumas coisas únicas com ela”. Ele está otimista em tornar o sistema ainda mais compacto no futuro. “Na verdade, trata-se apenas de reduzir o tamanho do atuador e, à medida que a eletrônica continua a evoluir, ela também diminui.”

A versatilidade do dispositivo também abre possibilidades de aplicação – desde uma interface de produtos eletrônicos de consumo até diversas aplicações industriais ou comerciais. Por exemplo, processos que envolvem, por exemplo, o manuseio de materiais tóxicos ou delicados. Ele também vê possíveis aplicações na indústria de jogos, fornecendo feedback tátil em ambientes AR/VR.

Depois, é claro, existem aplicações médicas. “Esse tipo de detecção poderia criar algumas simulações cirúrgicas muito interessantes para o treinamento de estudantes de medicina ou para o desenvolvimento de dispositivos médicos em robótica”, diz Rentschler. Poderia, por exemplo, simular o uso de tais dispositivos de transformação de forma em um corpo que não seja humano ou um modelo animal, como um precursor para obter autorização para uso em humanos.

Quanto à criação de órgãos simulados, onde o projeto começou, “temos algumas ideias diferentes para isso”, afirma. Ele diz que seu laboratório está agora pensando em criar uma porção simulada do trato gastrointestinal, talvez o cólon, para testar a robótica cirúrgica.