Текст уведомления здесь

Создана «электронная кожа» для технологий дополненной реальности

Ученые из Дрездена создали датчик магнитного поля в виде пленки толщиной 3,5 микрометра, способный измерять не только его напряженность, но и направление. Эта технология может использоваться для манипулирования виртуальными объектами.
Добавить в закладки
Комментарии

Существующие технологии виртуальной и дополненной реальности, основанные на оптическом отслеживании движущихся частей тела, далеки от совершенства. Они требуют неудобных, стесняющих движения очков и перчаток, причем движущийся объект должен всегда находиться в поле зрения камер. Однако даже в этом случае не всегда удается точно передавать тонкие движения (например, пальцев). Для развития этих технологий нужны датчики, которые были бы механически незаметны при ношении и потребляли мало энергии. Кроме того, они должны отслеживать не только положение в пространстве, что нужно для имитирования функции «нажатия», но и направление — для функции «поворота».

Для решения этой задачи команда исследователей, в составе которой работают и ученые из России, решила использовать взаимодействие с магнитными полями. Они создали микроскопический датчик, расположенный внутри пленки толщиной всего в 3,5 микрона (для сравнения: толщина обычной пищевой пленки составляет 6—8 микронов). Эта «электронная кожа» прикрепляется к поверхности, например, руки и определяет ее положение во внешнем поле, создаваемом постоянными магнитами.

В качестве датчиков магнитного поля использовались так называемые спиновые клапаны, основанные на эффекте гигантского магнетосопротивления. Его суть в том, что если чередовать тонкие слои магнитных и немагнитных материалов, то сопротивление полученной структуры (ученые называют ее сверхрешеткой) будет сильно зависеть от взаимной намагниченности слоев: когда они намагничены в одном направлении, сопротивление низкое, а когда в противоположных — высокое. Когда намагниченность одного из слоев фиксирована, а другого определяется внешним полем, получаем простейший датчик магнитного поля.

Двумерный сенсор магнитного поля, закрепленный на ладони. Изображение: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.

Двумерный сенсор магнитного поля, закрепленный на ладони. Изображение: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.

В данном исследовании использовались датчики на основе двух слоев сплава пермаллоя, разделенные прослойкой из меди. Толщина такого датчика всего 27 нанометров. Затем восемь по-разному ориентированных датчиков объединялись в два моста Уитстона (схему для точного измерения относительных сопротивлений датчиков), что позволяет точно измерять направление поля. Вся структура расположена между двух слоев полиимидной пленки толщиной 1,7 микрона, устойчивой к перепадам температур и механическим деформациям.

Для демонстрации возможностей новой технологии ученые провели два простых, но очень наглядных опыта. В первом «электронная кожа» располагалась на запястье. Проводя над ним пальцем с закрепленным на нем магнитиком, можно было «нажимать» на кнопки виртуальной клавиатуры. Во втором опыте пленка располагалась на ладони, поворачивая которую влево-вправо над постоянным магнитом можно было регулировать яркость монитора.

Бесконтактная манипуляция виртуальными объектами с использованием двумерного сенсора, взаимодействующего с магнитными полями. Изменяя позицию руки в магнитном поле, можно контролировать состояние или свойство виртуального объекта. Изображение: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.

Бесконтактная манипуляция виртуальными объектами с использованием двумерного сенсора, взаимодействующего с магнитными полями. Изменяя позицию руки в магнитном поле, можно контролировать состояние или свойство виртуального объекта. Изображение: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.

Дальнейшее развитие технологии позволит сделать датчики чувствительными к магнитному полю Земли (примерно 0,5 Э, сейчас чувствительность порядка 50 Э). В будущем она может использоваться во множестве практических приложений, таких как захват движения в спорте и игровой промышленности или точное манипулирование удаленными объектами (например, управление роботом-сапером).

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

О различных приложениях технологий виртуальной и дополненной реальности читайте в материале «Чердака».

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы