В новом исследовании мягкий слой выполняет роль кожи, магниты заменяют мышцы, а датчики функционируют как нервные окончания, передающие сигналы.
Инженеры из Университета Райса и корейского Университета Кен Хи разработали мягкую поверхность, способную изменять свою форму в реальном времени и реагировать на прикосновения. Описание этой разработки представлено в журнале Science Advances и может изменить подход к созданию носимых устройств, тактильных экранов и систем взаимодействия между человеком и техникой.
Материал состоит из сетки 6 на 6 эластичных ячеек, расположенных над электромагнитами. Благодаря взаимодействию магнитных полей каждая ячейка поднимается или опускается с точностью до миллиметра, а вся поверхность может принимать более тысячи различных форм. Исследователи уже продемонстрировали, как данный материал воспроизводит волны, рябь на воде и даже ритмичное сокращение сердца, а также способен направлять капли воды в нужные буквы.
Внутри поверхности установлены датчики движения, которые определяют наклон каждого участка и восстанавливают общую форму без использования камер. Сверху добавлена сетка светодиодов 7 на 7, изменяющих цвет в зависимости от деформации, поэтому материал также функционирует как трехмерный дисплей. В одном из экспериментов поверхность имитировала морские волны под бумажным корабликом, а подсветка синхронно отражала движение воды.
Такая технология давно присутствует в фантастических фильмах о машинах будущего, где панели салона автоматически адаптируются под водителя, а приборная панель изменяет свою форму вместо привычных кнопок и экранов. Разработчики подчеркивают, что мягкая деформируемая оболочка может стать основой для адаптивных сидений, рулей и панелей, которые подстраиваются под положение тела человека и реагируют на его движения физически, а не только визуально.
Руководитель проекта, доцент кафедры машиностроения Раудель Авила, сравнил концепцию с выбором спелого авокадо в магазине, когда человек оценивает его не только визуально, но и на ощупь. Эту логику команда попыталась внедрить в новую поверхность, которая должна адаптироваться под человека как через прикосновения, так 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 функционируют как мышцы, а сенсоры действуют как нервные окончания и передают сигналы о деформации.
Одной из основных задач стало управление магнитными силами, которые значительно усиливаются при сближении магнитов. Для решения этой проблемы исследователи разработали математическую модель, которая заранее вычисляет необходимое напряжение для получения требуемой формы поверхности. Это позволило сократить время отклика системы с нескольких минут до нескольких секунд, а изменение формы стало практически мгновенным. Разработчики планируют использовать технологию в обучающих тактильных инструментах, мягкой робототехнике, устройствах дополненной и виртуальной реальности, а также в системах помощи людям с нарушениями зрения.
