يمكن للعرض ثلاثي الأبعاد أن يضفي لمسة على العالم الرقمي قريبًا – TechToday

طور باحثون في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية وجامعة كولورادو بولدر عرضًا ناعم الشكل ، وهو إنسان آلي يمكنه تغيير هندسة سطحه بسرعة وبدقة للتفاعل مع الأشياء والسوائل ، والتفاعل مع اللمسة البشرية ، وعرض الحروف والأرقام – جميعهم في وقت واحد. توضح الشاشة تطبيقات عالية الأداء ويمكن أن تظهر في المستقبل على أرض المصنع أو في المختبرات الطبية أو في منزلك.

تخيل أن جهاز iPad أكثر من مجرد جهاز iPad – بسطح يمكن أن يتحول ويتشوه ، مما يسمح لك برسم تصميمات ثلاثية الأبعاد ، وإنشاء الهايكو الذي يقفز من الشاشة وحتى يمسك بيد شريكك بعيدًا عن المحيط.

هذه هي رؤية فريق من المهندسين من جامعة كولورادو بولدر (CU Boulder) ومعهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية (MPI-IS) في شتوتغارت ، ألمانيا. في دراسة جديدة نشرت في اتصالات الطبيعة، لقد أنشأوا عرضًا فريدًا من نوعه متغير الشكل يناسب طاولة البطاقات. الجهاز مصنوع من شبكة 10 × 10 من “عضلات” روبوتية ناعمة يمكنها استشعار الضغط الخارجي والظهور لإنشاء أنماط. إنه دقيق بما يكفي لإنشاء نص قابل للتمرير وبسرعة كافية لهز دورق كيميائي مملوء بالسائل.

قد يقدم أيضًا شيئًا أكثر ندرة: حاسة اللمس في العصر الرقمي.

قال بريان جونسون ، أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة الجديدة الذي حصل على درجة الدكتوراه في الهندسة الميكانيكية في جامعة بولدر CU Boulder في عام 2022 وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية. “لكننا ما زلنا نفتقد اللمس.”

يُبنى هذا الابتكار على فئة من الروبوتات اللينة ابتكرها فريق بقيادة كريستوف كيبلينجر ، وهو أستاذ مساعد سابق في الهندسة الميكانيكية في CU Boulder وهو الآن مدير في MPI-IS. يطلق عليهم اسم المحركات الكهروستاتيكية (HASEL) ذات التضخيم الذاتي هيدروليكيًا. عرض النموذج الأولي ليس جاهزًا للسوق بعد. لكن الباحثين يتصورون أنه في يوم من الأيام ، يمكن أن تؤدي التقنيات المماثلة إلى قفازات حسية للألعاب الافتراضية أو حزام ناقل ذكي يمكنه التموج لفرز التفاح عن الموز.

قال مانتاس ناريس ، المؤلف الرئيسي المشارك للورقة البحثية وطالب الدكتوراه في قسم بول إم رادي للهندسة الميكانيكية: “يمكنك أن تتخيل ترتيب خلايا الاستشعار والتحفيز في أي عدد من الأشكال والتركيبات المختلفة”. “ليس هناك حقًا حد لما يمكن أن تؤدي إليه هذه التقنيات في النهاية.”

العزف على الأكورديون

يعود أصل المشروع إلى البحث عن نوع مختلف من التكنولوجيا: الأعضاء الاصطناعية.

في عام 2017 ، قام الباحثون بقيادة مارك رينتشلر ، أستاذ الهندسة الميكانيكية والهندسة الطبية الحيوية ، بتأمين التمويل من مؤسسة العلوم الوطنية لتطوير ما يسمونه sTISSUE – وهي أعضاء اسفنجية تتصرف وتشعر وكأنها أجزاء حقيقية من جسم الإنسان ولكنها مصنوعة بالكامل من البلاستيك- مثل المواد.

قال Rentschler ، مؤلف مشارك في الدراسة الجديدة: “يمكنك استخدام هذه الأعضاء الاصطناعية للمساعدة في تطوير أجهزة طبية أو أدوات روبوتية جراحية بتكلفة أقل بكثير من استخدام أنسجة حيوانية حقيقية”.

ومع ذلك ، عند تطوير هذه التكنولوجيا ، استقر الفريق على فكرة شاشة عرض منضدية.

تصميم المجموعة يقارب حجم لوحة ألعاب Scrabble ، ومثل أحد تلك اللوحات ، يتكون من مربعات صغيرة مرتبة في شبكة. في هذه الحالة ، كل واحد من المربعات المائة عبارة عن مشغل هازل فردي. المحركات مصنوعة من أكياس بلاستيكية على شكل أكورديون صغير. إذا مررت تيارًا كهربائيًا من خلالها ، يتحول السائل داخل الأكياس ، مما يتسبب في تمدد الأكورديون والقفز لأعلى.

تشتمل المشغلات أيضًا على مستشعرات مغناطيسية ناعمة يمكنها اكتشاف وقت وخزها. قال جونسون إن هذا يسمح ببعض الأنشطة الممتعة.

وقال: “نظرًا لأن المستشعرات تعتمد على المغناطيس ، فيمكننا استخدام عصا مغناطيسية للرسم على سطح الشاشة”.

اسمع ذلك؟

طورت فرق بحثية أخرى أجهزة لوحية ذكية مماثلة ، لكن شاشة CU Boulder أكثر نعومة وتشغل مساحة أقل بكثير وأسرع بكثير. يمكن لكل عضلة من عضلاتها الآلية أن تتحرك حتى 3000 مرة في الدقيقة.

يركز الباحثون الآن على تقليص المشغلات لزيادة دقة الشاشة – تقريبًا مثل إضافة المزيد من وحدات البكسل إلى شاشة الكمبيوتر.

قال ناريس: “تخيل لو كان بإمكانك تحميل مقال على هاتفك ، وسيعرض بطريقة برايل على شاشتك”.

تعمل المجموعة أيضًا على قلب الشاشة من الداخل إلى الخارج. وبهذه الطريقة ، يمكن للمهندسين تصميم قفاز يطغى على أطراف أصابعك ، مما يتيح لك “الشعور” بالأشياء في الواقع الافتراضي.

وقال Rentschler ، يمكن للشاشة أن تجلب شيئًا آخر: القليل من السلام والهدوء. نظامنا صامت في الأساس. المشغلات لا تصدر أي ضوضاء تقريبًا “.

ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين في جامعة CU Boulder للدراسة الجديدة نيكولاس كوريل ، الأستاذ المساعد في قسم علوم الكمبيوتر. شون همبرت ، أستاذ الهندسة الميكانيكية ؛ طلاب الدراسات العليا في الهندسة الميكانيكية فاني سوندارام وأنجيلا فولشكو وخوي لي ؛ والخريجين شين ميتشل وإريك أكومي ونيك كيلاريس. عمل كريستوف كيبلنغر أيضًا كمؤلف مشارك في كل من أدواره في CU Boulder و MPI-IS.

• ورق – شاشة ذات شكل آلي ناعم متعدد الوظائف مع تشغيل واستشعار وتحكم عالي السرعة. جونسون ، بي كيه ، ناريس ، إم ، سوندارام ، ف ، فولشكو ، إيه ، لي ، كيه ، ميتشل ، إس كيه ، أكومي ، إي ، كيلاريس ، إن ، كيبلنجر ، سي ، كوريل ، إن ، هامبرت ، JS و Rentschler ME Nature Communications 14.1 (2023): 4516.