La pantalla 3D podría llevar el tacto al mundo digital

andres corselli

Imagina un iPad con una superficie que puede transformarse y deformarse, permitiéndote dibujar diseños en 3D, crear poemas haiku que saltan de la pantalla e incluso tomar la mano de tu pareja desde un océano de distancia.

Ésta es la visión de un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado Boulder. En un nuevo estudio, financiado por la National Science Foundation y publicado en Nature Communications, el grupo ha creado una pantalla que cambia de forma, única en su tipo, que cabe en una mesa de juego. El dispositivo está hecho de una cuadrícula de 10 por 10 de “músculos” robóticos blandos que pueden detectar la presión exterior y emerger para crear patrones. Es lo suficientemente preciso como para generar texto en desplazamiento y lo suficientemente rápido como para agitar un vaso de química lleno de líquido.

"A medida que la tecnología avanzó, comenzamos enviando texto a largas distancias, luego audio y ahora video", dijo el coautor principal Brian Johnson. "Pero todavía nos falta el contacto".

El proyecto tiene su origen en la búsqueda de un tipo diferente de tecnología: los órganos sintéticos. En 2017, investigadores dirigidos por el profesor Mark Rentschler desarrollaron lo que llamaron sTISSUE: órganos blandos que se comportan y se sienten como partes reales del cuerpo humano pero que están hechos completamente de materiales similares a la silicona.

Sin embargo, al desarrollar esa tecnología, al equipo se le ocurrió la idea de una pantalla de mesa. La investigación es parte del Programa de Ingeniería y Ciencia de Materiales.

Otros equipos de investigación han desarrollado tabletas inteligentes similares, pero la pantalla de CU Boulder es más suave, ocupa mucho menos espacio y es mucho más rápida. Cada uno de sus músculos robóticos puede activarse hasta 50 veces por segundo.

Aquí hay una entrevista exclusiva de Tech Briefs, editada para mayor extensión y claridad, con Rentschler.

Resúmenes técnicos: Estoy seguro de que eran demasiados para contarlos, pero ¿cuál fue el mayor desafío técnico al que se enfrentó al desarrollar esta tecnología?

Rentschler : Algunos de los desafíos clave fueron realmente la integración de todo en un factor de forma que realmente pudiera ayudarnos a demostrar las capacidades de este enfoque. Lo pondré como 1A, y 1B en realidad simplemente estaría desarrollando nuevas capacidades de detección e integrándolas en el sistema.

Resúmenes técnicos: ¿Te importaría explicar en términos muy sencillos cómo funciona?

Rentschler : Si, absolutamente. Entonces, en un nivel básico, tenemos un sistema que es aproximadamente del tamaño de un juego de mesa: un par de pies por un par de pies de ancho, y solo mide aproximadamente de dos a tres pulgadas de alto. Y en realidad es una matriz de píxeles, es decir, 10 píxeles por 10 píxeles, pero lo hemos configurado como un sistema modular. Entonces, cada píxel tiene una cantidad de actuadores debajo que están apilados y eso permite que el píxel suba y baje. Es una celda pequeña, y esa celda pequeña mide aproximadamente dos pulgadas por dos pulgadas de ancho, y esa celda puede subir y bajar según lo que esté detectando y según el esquema de control que tenemos bajo ella. Entonces, dentro de esa celda, tenemos los actuadores que suben y bajan, pero también tenemos sensores integrados en ella.

Tenemos partículas magnéticas en la superficie de la parte superior, por lo que podemos medir la deformación, ya sea vertical, expandida hacia arriba, o también si algo la empuja hacia abajo, podemos sentirlo. Esa es una celda individual, y luego tenemos una fila de ellas, una matriz de 1x10 de estas celdas en una fila, y eso es lo que consideramos un módulo. Y luego tenemos 10 de esas filas apiladas juntas, o 10 de esos módulos juntos en la pantalla que tenemos en el periódico.

Y luego tenemos una capa de silicona suave, esa es la capa negra que se extiende por todo el conjunto. Es una lámina muy fina, pero permite que sea una superficie continua. Y entonces podemos manipular un medio continuo, uno de los cuales son líquidos en la superficie, usando estos actuadores más discretos que se encuentran debajo.

Resúmenes técnicos : Se le cita diciendo que se podrían usar estos órganos artificiales para ayudar a desarrollar dispositivos médicos o herramientas robóticas quirúrgicas por un costo mucho menor que el uso de tejido animal real. Sin embargo, al desarrollar esa tecnología, al equipo se le ocurrió la idea de una pantalla de mesa. ¿Cómo os decidisteis por la pantalla de sobremesa?

Rentschler : Originalmente pensábamos que podíamos crear estas células individuales, y sabíamos que, para empezar, terminaríamos haciéndolas mucho más grandes que una célula humana, y no son biológicas, pero estábamos tratando de replicar los músculos y tipo de material esquelético y también los nervios o los sensores que se encuentran en los tejidos humanos y, en última instancia, tratar de hacerlo más pequeño para que podamos replicar órganos del cuerpo para ayudar a desarrollar sistemas robóticos o dispositivos médicos. Y eso realmente proviene de mi experiencia trabajando con médicos para diseñar dispositivos médicos o robots para ayudarlos a resolver sus problemas. Así que ahí es donde comenzamos, y el concepto para nosotros era comenzar observando órganos que tuvieran sentido y reaccionaran por sí solos.

Para nosotros, una de las cosas interesantes fue que el tracto gastrointestinal; ahí estás mirando el colon o el intestino delgado, y cuando esos órganos sienten cosas dentro de ellos, hay fuerzas peristálticas que aprietan el material para moverlo a través del cuerpo. Y ese era el concepto original. A medida que comenzamos a desarrollar estas celdas individuales, comenzamos a realizar todas estas otras aplicaciones, ya sea retroalimentación háptica y algún tipo de electrónica de consumo o fabricación, poder manipular objetos en una cinta transportadora o clasificar o incluso algunas cosas interesantes que Para empezar, no habíamos pensado en algo así: una especie de transformación de forma para la aerodinámica.

Entonces, puedes pensar en automóviles o aviones a reacción con cosas que se mueven rápidamente en el aire y que necesitan cambiar su forma para mejorar el rendimiento al tomar una curva o cosas así. Eso realmente nos llevó a hacer lo que yo diría que es una exhibición más generalizada para demostrar varias de estas diferentes capacidades antes de avanzar en direcciones individuales para resolver problemas específicos.

Resúmenes técnicos : Mencionaste que el equipo ahora se está enfocando en reducir los actuadores para aumentar la resolución de la pantalla, casi como agregar más píxeles a la pantalla de una computadora. Y también dijiste que el grupo está trabajando para darle la vuelta a la pantalla. De esta forma, los ingenieros pueden diseñar un guante que permita sentir objetos en realidad virtual. ¿Cómo van esos dos proyectos?

Rentschler : Desde el punto de vista de los actuadores, muchas de esas investigaciones definitivamente están avanzando. Hay una especie de punto óptimo de cuánto esfuerzo hay que hacer para hacer que los píxeles individuales sean mucho más pequeños o hacerlos, ya sabes, diré la mitad de ese tamaño para que todavía no sea una pesadilla de integración, pero definitivamente podemos haga que los actuadores tengan al menos la mitad del tamaño que tienen, si no un cuarto del tamaño que tienen, y aún así obtengan un rendimiento realmente bueno hoy en día.

Hay otra área de investigación en la que el equipo ha estado trabajando simplemente para hacer que los píxeles individuales sean mucho más pequeños y luego integrarlos en aplicaciones específicas. Entonces, no tengo ninguna actualización específica en este momento. Esas cosas vendrán; Es un momento emocionante para nosotros.

La tecnología permite la comunicación digital a través del tacto

Aplicación de principios de fricción a la mecánica de interacción dedo-dispositivo

Resúmenes técnicos : ¿Cuáles son tus siguientes pasos? ¿Algún otro trabajo de investigación futuro, etc., en el horizonte?

Rentschler : Es realmente todo lo que acabo de mencionar. Estamos buscando formas de integrar esto en algún tipo de electrónica de consumo y convertirlo en productos o trabajar con socios en eso. Estamos viendo algunas cosas interesantes, diría yo, desde un punto de vista médico, tratando realmente de dar el siguiente paso hacia la creación de estos sistemas simulados.

Entonces, creo que un área realmente interesante para nosotros es la transformación de formas. La capacidad de integrar esto en superficies (ya sea un avión, una turbina eólica, cosas que se mueven en el aire) podría beneficiarse de algún tipo de detección y reacción, y la transformación continua de formas es un área realmente poderosa para nosotros a medida que avanzamos. .

Resúmenes técnicos: ¿Tiene algún consejo para los ingenieros que quieran hacer realidad sus ideas?

Rentschler : Siempre hablamos de innovación y novedad, pero yo diría que la innovación es simplemente lograrlo. Tienes que tomar algunas decisiones en el camino que realmente podrían cerrar algunas puertas temporalmente, pero tienes que escoger y elegir solo para hacerlo. Y creo que esa integración y su finalización es siempre el mayor desafío para hacer realidad las cosas innovadoras.