مهندسو MIT يصممون جلدًا ناعمًا لاستشعار الأشكال للألعاب والواقع الافتراضي

صفيحة مرنة تتعقب شكلها ثلاثي الأبعاد

أنشأ مهندسو MIT صفيحة مرنة قابلة للشد تتعقب شكلها ثلاثي الأبعاد وملمسها. وفقًا لـ MIT News، فهي مفيدة للألعاب والواقع الافتراضي والعلاج الطبيعي. يستند العمل إلى مقال منشور في Advanced Intelligent Systems بعنوان „Toward fully soft and multifunctional shape sensing via optical waveguide arrays“. السطح ناعم تمامًا، لكن الصفيحة لا تنحني بالكامل. تجمع الواجهة الخارجية البيانات، بينما تحولها الخوارزمية إلى شكل ثلاثي الأبعاد. تم استخدام 14 موجّه ضوئي، طول كل منها 160 مم، في طبقتين، بشكل متعرج سباعي في صفيحة سيليكون بقياس 16 × 16 × 0.5 سم. في أحد طرفي كل حبة يوجد LED، وفي الطرف الآخر مستشعر ضوء، وعلى الحافة توجد الإلكترونيات. تتم إعادة البناء في MATLAB في نحو ثلاث مرات في الثانية.

الحبات تقرأ اتجاه الانحناء

عادةً ما تحتوي الحبة على نواة شفافة داخل غلاف عاكس للضوء؛ عند الانحناء يصل ضوء أقل إلى النهاية، لذا يُعد الضوء الخارج مقياسًا للانحناء. استبدل MIT الزجاج بنواة راتنج مرنة واستخدم غلافًا أسود. جعلوا جهة واحدة خشنة عن قصد، بحيث يتسبب انحناء هذه الجهة أو المقابلة فيها في خسائر مختلفة، مما يتيح إدراكًا ثنائي الاتجاه. تتفاعل الحبات أيضًا مع الضغط والقوة الخارجية، مثل الإمساك بالساعد في عرض العلاج الطبيعي. إدراك القوة غير معاير ويعمل بشكل منفصل عن وضع الشكل. في المحاكاة اختبروا 3-20 موجّهًا ضوئيًا في كل طبقة، بزاوية 0-35 درجة، على ستة أشكال، مع 10% ضوضاء و30 محاولة. الترتيب الزاوي يحسن الدقة أكثر من زيادة العدد؛ اختاروا المسافة المتعرجة بأقرب تطابق مع الأشكال المعروفة.

الدقة والمتانة والاستخدام

في الاختبارات المختبرية ظل خطأ الصفيحة أقل من نصف سنتيمتر. بالنسبة لثلاثة قوالب مطبوعة ثلاثية الأبعاد لشكل معروف، كان متوسط الجذر التربيعي للمسافة بين الأسطح الحقيقية والمعاد بناؤها 0.37 و0.28 و0.45 سم. قدر طالب MIT، سيفان يوم، خطأ المستشعرات الصلبة بـ 1-2 سم ووصف النتيجة بأنها مماثلة تقريبًا للتقنيات الحالية. بعد قطع أو فصل الحبات، استطاعت الباقي إعادة بناء الشكل العام؛ في المحاكاة كان الخطأ أقل من 0.3 سم عند فصل ثلاثة منها، وازداد إلى حوالي 1 سم عند فصل خمسة. أجرى أحد المؤلفين عروضًا مرنة على جسمه، مع قياس أبسط لزوايا المعصم والمرفق، لأن لصق الصفيحة على هذه المفاصل يعيق خوارزمية الشكل. قال يوم إن النظام مصمم للأسطح الناعمة تمامًا، مما يجعله أكثر أمانًا محتملًا حول الأشخاص. قالت الأستاذة المساعدة في MIT والمؤلفة المشاركة كايتلين بيكر إن الفريق يريد مساعدة أخصائيي العلاج الطبيعي في متابعة تقدم المرضى وتقييمه كميًا، لمقارنة الجلسات بدقة أكبر. قد تُستخدم التقنية في محاكاة الحركة في VR، أو التشغيل عن بعد للروبوتات، أو في الروبوتات المرنة. يخطط الباحثون حاليًا لصنع صفيحة أرق. اليوم سماكة الحبات 1 مم ويمكن أن تصل إلى عشرات الميكرومترات، أرق من الشعر؛ المزيد من الحبات سيمكن الملابس الذكية. تشمل الأعمال المستقبلية معالجًا أسرع بديلًا من MATLAB، طبقة ذات موجّهات ضوئية أكثر وموجّهات أ窄 لتفاصيل أفضل، صفيحة منفصلة لقياس القوة والشكل في آن واحد، وإلكترونيات مرنة.

المصادر: Tom's Hardware