Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo sistema delgado e inalámbrico conocido como «realidad virtual epidérmica» que agrega un sentido del tacto a cualquier experiencia de realidad virtual (RV). Esta plataforma no solo agrega nuevas dimensiones a nuestras relaciones y entretenimiento a larga distancia, sino que la tecnología también brinda a las prótesis retroalimentación sensorial e imparte telemedicina con un toque humano.
Imagínate cogido de la mano con un ser querido al otro lado del mundo. O sentir una palmada en la espalda de un compañero de equipo en el juego en línea «Fortnite». El dispositivo dotado de «realidad virtual epidérmica» comunica el tacto a través de un conjunto rápido y programable de actuadores vibratorios en miniatura integrados en un material delgado, suave y flexible. Los prototipos en forma de lámina de 15 por 15 centímetros se laminan de forma cómoda sobre las superficies curvas de la piel sin baterías ni cables voluminosos.
El sistema tiene aplicaciones en interacciones sociales, prótesis, telemedicina y entretenimiento.
“Este concepto se había contemplado en el pasado, pero sin tener una base clara para una tecnología realista con un conjunto adecuado de características o una forma adecuada de escalabilidad. Los diseños anteriores implicaban ensamblajes manuales de actuadores, cables, baterías y hardware de control interno y externo combinado», dijo John A. Rogers de Northwestern, un pionero de la bioelectrónica. “Aprovechamos nuestro conocimiento en electrónica extensible y de transferencia de energía inalámbrica para reunir una colección superior de componentes, incluidos actuadores miniaturizados, en una arquitectura avanzada diseñada como un dispositivo portátil con interfaz de piel, con casi ningún obstáculo para el usuario. Creemos que es un buen punto de partida que escalará de manera natural a sistemas de cuerpo completo y cientos o miles de actuadores discretos y programables».
«Estamos ampliando los límites y las capacidades de la realidad virtual y aumentada», dijo Yonggang Huang de Northwestern, quien codirigió la investigación con Rogers. «En comparación con los ojos y los oídos, la piel es una interfaz sensorial relativamente poco explorada que podría mejorar significativamente las experiencias».
Cómo funciona la «realidad virtual epidérmica»
El dispositivo más sofisticado de Rogers y Huang incorpora una matriz distribuida de 32 actuadores de escala milimétrica programables individualmente, cada uno de los cuales genera un sentido discreto del tacto en la ubicación correspondiente en la piel. Cada actuador tiene más fuerza a 200 ciclos por segundo, donde la piel exhibe la máxima sensibilidad.
«Podemos ajustar la frecuencia y la amplitud de cada actuador rápidamente y sobre la marcha a través de nuestra interfaz gráfica de usuario», dijo Rogers. «Adaptamos los diseños para maximizar la percepción sensorial de la fuerza vibratoria aplicada a la piel».
El parche se conecta de forma inalámbrica a una interfaz de pantalla táctil (en un smartphone o tableta). Cuando un usuario toca la pantalla táctil, ese patrón de tacto se transmite al parche. Si el usuario dibuja un patrón «X» en la pantalla táctil, por ejemplo, los dispositivos producen un patrón sensorial, simultáneamente y en tiempo real, en forma de una «X» a través de la interfaz vibratoria hacia la piel.
Cuando chatean por video desde diferentes lugares, los amigos y familiares pueden comunicarse y tocarse virtualmente, con un retraso de tiempo insignificante y con presiones y patrones que se pueden controlar a través de la interfaz de la pantalla táctil.
«Se podría imaginar que sentir un toque virtual durante una videollamada con su familia puede volverse omnipresente en el futuro previsible», dijo Huang.
Los actuadores están incrustados en un polímero de silicona intrínsecamente suave y ligeramente pegajoso que se adhiere a la piel sin cinta ni correas. Inalámbrico y sin batería, el dispositivo se comunica a través de protocolos de comunicación de campo cercano (NFC), la misma tecnología utilizada en los smartphones para pagos electrónicos.
“Podrías imaginar que sentir un toque virtual durante una videollamada con tu familia puede volverse omnipresente en el futuro previsible» —asegura Yonggang Huang, ingeniero— «Con este esquema de entrega de energía inalámbrica, evitamos por completo la necesidad de baterías, con su peso, tamaño, volumen y vida útil limitada», dijo Rogers. «El resultado es un sistema delgado y liviano que se puede usar y usar sin restricciones, indefinidamente».
El circuito de alimentación inalámbrico con componentes electrónicos. ©Northwestern University
Un veterano describe la importancia de la retroalimentación sensorial
Todos pueden imaginar cómo se podría combinar este tipo de tecnología con un auricular de RV para crear experiencias de juego o entretenimiento más interactivas e inmersivas. Pero para el veterano del ejército estadounidense Garrett Anderson, la realidad virtual epidérmica podría proporcionar una solución muy necesaria para un problema de la vida real.
A las 4 a.m. del 15 de octubre de 2005, Anderson fue emboscado durante su despliegue en la Guerra de Irak y perdió su brazo derecho justo debajo del codo: «Una bomba explotó debajo de mi camioneta», dijo Anderson. “Voló todo el motor del vehículo. Luego, la metralla atravesó el vehículo y me cortó el brazo, que colgaba de los tendones”.
Con el parche de RV epidérmico, el sargento retirado del ejército de EE. UU. Garrett Anderson agarra un objeto con su mano protésica. ©Northwestern University
Anderson probó recientemente el sistema de Northwestern, integrado con su brazo protésico. Al usar el parche en la parte superior de su brazo, Anderson podía sentir las sensaciones de las prótesis de sus dedos transmitidas a su brazo. Las vibraciones se sintieron más o menos intensas, dependiendo de la firmeza de su agarre: “Necesito saber la cantidad de agarre que estoy aplicando, para no lastimar a algo ni a nadie»— dijo el sargento Garrett Anderson. Veterano del ejército de EE. UU.—»Digamos que estoy agarrando un huevo o algo frágil», dijo Anderson, quien ahora es el coordinador de alcance en el Centro de Veteranos Chez de la Universidad de Illinois. «Si no puedo ajustar mi agarre, podría aplastar el huevo. Necesito saber la cantidad de agarre que estoy aplicando, para no lastimar a algo ni a nadie».
A medida que las personas que han sufrido amputaciones usen el dispositivo, la experiencia podría ser más fluida.
«Los usuarios desarrollan la capacidad de sentir el tacto al alcance de sus prótesis a través de las entradas sensoriales en la parte superior del brazo», explicó Rogers. “Con el tiempo, tu cerebro puede convertir esa sensación de tu brazo en una sensación de sustitución en la punta de tus dedos. Esto agrega un canal sensorial para reproducir el sentido del tacto».
Anderson cree que este dispositivo podría potencialmente «engañar» a su cerebro de una manera que alivia el dolor fantasma. También imagina que podría permitirle interactuar con sus hijos de una manera nueva.
«Perdí mi brazo hace 15 años», dijo. “Mis hijos tienen 13 y 10 años, así que nunca los he sentido con mi brazo derecho. No sé cómo es cuando me agarran la mano derecha».
Un punto de partida para la realidad virtual epidérmica
Rogers ve el dispositivo actual como un punto de partida. «Este es nuestro primer intento de un sistema de este tipo», dijo. «Podría ser muy poderoso para las interacciones sociales, la medicina clínica y las aplicaciones que no podemos concebir hoy, más allá de las oportunidades obvias en los juegos y el entretenimiento».
Él y Huang ya están trabajando para hacer que el dispositivo actual sea más delgado y liviano. También planean explotar diferentes tipos de actuadores, incluidos aquellos que pueden producir sensaciones de calentamiento y estiramiento. Con los aportes térmicos, por ejemplo, una persona puede sentir lo caliente que está una taza de café a través de las yemas de los dedos protésicos.
El equipo de Northwestern cree que el marco de ingeniería general puede acomodar cientos de actuadores con dimensiones significativamente más pequeñas que las utilizadas actualmente, que tienen diámetros de 18 milímetros y espesores de 2.5 milímetros.
Finalmente, los dispositivos podrían ser lo suficientemente delgados y flexibles como para tejerlos en la ropa. Las personas con prótesis podrían usar camisas de realidad virtual que comunican el tacto a través de la punta de los dedos. Y junto con los auriculares RV, los jugadores pueden usar trajes RV completos para sumergirse por completo en paisajes fantásticos.
«La realidad virtual es un área emergente muy importante de la tecnología», dijo Rogers. «Actualmente, solo estamos usando nuestros ojos y nuestros oídos como base para esas experiencias. La comunidad ha sido comparativamente lenta para explotar el órgano más grande del cuerpo: la piel. Nuestro sentido del tacto proporciona la conexión más profunda, profunda y emocional entre las personas».
El estudio, “Interfaces hápticas inalámbricas integradas en la piel para la realidad virtual y aumentada”, fue financiado principalmente a través del Centro de Electrónica Biointegrada, como parte del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica, que fue posible gracias a los administradores de la Universidad de Northwestern Louis A. Simpson (’96 P) y Kimberly K. Querrey (’20 P).
La investigación se ha publicado el 21 de noviembre en la revista Nature.
Fuente: Northwestern University
