이 촉각적인 장갑은 촉각 자극을 감지하고 매핑합니다.

풍선을 집었을 때 풍선을 잡고 있는 압력은 항아리를 잡기 위해 가하는 압력과 다릅니다. 그리고 이제 MIT와 다른 곳의 엔지니어들은 촉각의 섬세함을 정확하게 측정하고 매핑할 수 있는 방법을 갖게 되었습니다.

팀은 압력 및 기타 촉각 자극을 "느낄" 수 있는 새로운 터치 감지 장갑을 설계했습니다. 장갑 내부에는 장갑 전체의 작은 압력 변화를 감지, 측정 및 매핑하는 센서 시스템이 있습니다. 개별 센서는 고도로 조정되어 사람의 맥박과 같이 피부 전체에서 매우 약한 진동을 감지할 수 있습니다.

피험자들이 비커와 풍선을 줍는 동안 장갑을 끼면 센서가 각 작업에 특정한 압력 맵을 생성했습니다. 풍선을 잡으면 손바닥 전체에 상대적으로 균일한 압력 신호가 생성되고 비커를 잡으면 손가락 끝에 더 강한 압력이 생성됩니다.

연구자들은 촉각 장갑이 뇌졸중이나 기타 미세 운동 상태를 겪은 사람들의 운동 기능과 조정을 재훈련하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다. 장갑은 가상 현실과 게임 경험을 증강시키기 위해 적용될 수도 있습니다. 팀은 압력 센서를 촉각 장갑뿐만 아니라 유연한 접착제에도 통합하여 스마트 시계 및 기타 웨어러블 모니터보다 더 정확하게 맥박, 혈압 및 기타 생체 신호를 추적하는 것을 계획하고 있습니다.

MIT 기계 공학 교수인 Nicholas Fang은 "우리 감지 구조의 단순성과 신뢰성은 맥박 감지 및 촉각 기능 장애 환자의 감각 능력 회복과 같은 다양한 의료 응용 분야에 큰 가능성을 제공합니다."라고 말했습니다.>

장갑의 압력 센서는 원칙적으로 습도를 측정하는 센서와 유사합니다. HVAC 시스템, 냉장고 및 기상 관측소에서 볼 수 있는 이러한 센서는 두 개의 전극 또는 금속판이 있는 소형 커패시터로 설계되어 두 전극 사이에서 전하를 이동시키는 고무 같은 "유전체" 물질을 끼웁니다.

습한 조건에서 유전층은 주변 습기로부터 하전된 이온을 흡수하는 스펀지 역할을 합니다. 이러한 이온의 추가는 정전용량 또는 전극 사이의 전하량을 변화시키며, 이를 수량화하고 습도 측정으로 변환할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 연구자들은 얇고 유연한 압력 센서의 설계를 위해 이 용량성 샌드위치 구조를 채택했습니다. 아이디어는 비슷합니다. 센서가 압착되면 유전체 층의 전하 균형이 측정되고 압력 신호로 변환될 수 있는 방식으로 이동합니다. 그러나 대부분의 압력 센서의 유전체 층은 상대적으로 부피가 커서 감도를 제한합니다.

새로운 촉각 센서를 위해 팀은 기존의 유전층을 없애고 놀라운 성분인 인간의 땀을 사용했습니다. 땀에는 자연적으로 나트륨과 염화물과 같은 이온이 포함되어 있기 때문에 이러한 이온이 유전체의 역할을 할 수 있다고 추론했습니다. 샌드위치 구조 대신에 그들은 두 개의 얇고 평평한 전극을 피부에 배치하여 특정 커패시턴스를 갖는 회로를 형성하는 것을 구상했습니다. 하나의 "감지" 전극에 압력이 가해지면 피부의 자연 수분 이온이 아래쪽에 축적되어 두 전극 사이의 정전 용량이 측정할 수 있는 양만큼 변경됩니다.

그들은 감지 전극의 밑면을 작고 구부러진 전도성 머리카락으로 덮음으로써 감지 전극의 감도를 높일 수 있음을 발견했습니다. 각 머리카락은 주 전극의 미세한 확장 역할을 하여 예를 들어 전극의 모서리에 압력이 가해지면 해당 영역의 머리카락이 반응하여 구부러지고 피부에서 이온이 축적됩니다. 그리고 그 위치를 정확하게 측정하고 매핑할 수 있습니다.

새로운 연구에서 팀은 수천 개의 금 미세 필라멘트 또는 "미세 기둥"이 늘어선 커널 크기의 얇은 감지 전극을 제작했습니다. 그들은 다양한 힘과 압력에 반응하여 마이크로 기둥 그룹이 구부러지는 정도를 정확하게 측정할 수 있음을 보여주었습니다. 그들이 자원 봉사자의 손가락 끝에 감지 전극과 제어 전극을 배치했을 때 구조가 매우 민감하다는 것을 발견했습니다. 센서는 동일한 주기의 다른 피크와 같은 사람의 맥박에서 미묘한 위상을 포착할 수 있었습니다. 또한 센서를 착용한 사람이 방을 가로질러 걸을 때 손을 흔드는 동안에도 정확한 맥박 판독값을 유지할 수 있었습니다.

"맥박은 피부의 변형을 일으킬 수도 있는 기계적 진동입니다. 우리는 느낄 수 없지만 기둥이 들어올 수 있습니다."라고 Fang은 말했습니다.

그런 다음 연구원들은 새로운 미세기둥 압력 센서의 개념을 매우 민감한 촉각 장갑 설계에 적용했습니다. 그들은 팀이 선반에서 구입한 실크 장갑으로 시작했습니다. 압력 센서를 만들기 위해 그들은 미세 기둥과 유사한 많은 얇은 필라멘트로 구성된 직물인 탄소 천에서 작은 사각형을 잘라냅니다.

그들은 각 천에 자연 전도성 금속인 금을 뿌려 감지 전극으로 만들었습니다. 그런 다음 손가락 끝과 손바닥을 포함하여 장갑 내부 안감의 다양한 부분에 천 전극을 붙이고 장갑 전체에 전도성 섬유를 꿰어 각 전극을 장갑의 손목에 연결하고 연구원들이 제어 전극을 붙였습니다.

여러 자원 봉사자들이 교대로 촉각 장갑을 끼고 풍선을 들고 유리 비커를 잡는 등 다양한 작업을 수행했습니다. 팀은 각 작업 동안 장갑 전체에 걸쳐 압력 맵을 만들기 위해 각 센서에서 판독값을 수집했습니다. 지도는 각 작업 중에 생성되는 명확하고 상세한 압력 패턴을 보여주었습니다.

팀은 펜으로 글을 쓰고 다른 가정 물건을 다루는 것과 같은 다른 작업에 대한 압력 패턴을 식별하기 위해 장갑을 사용할 계획입니다. 궁극적으로 그들은 이러한 촉각 보조 장치가 운동 기능 장애가 있는 환자가 손재주와 그립을 보정하고 강화하는 데 도움이 될 수 있다고 생각합니다.

Fang은 "일부 미세 운동 기술은 물체를 다루는 방법뿐만 아니라 얼마나 많은 힘을 가해야 하는지를 알아야 합니다."라고 말했습니다. “이 장갑은 뇌졸중이나 기타 신경학적 상태에서 회복 중인 환자에 비해 대조군에 대한 쥐는 힘의 더 정확한 측정을 제공할 수 있습니다. 이것은 우리의 이해를 높이고 통제를 가능하게 할 수 있습니다.”