Indra Sarung Tangan yang Menyentuh Ini dan Stimuli Taktil Peta

Saat Anda mengambil balon, tekanan untuk menahannya berbeda dengan tekanan yang Anda berikan untuk memegang botol. Dan sekarang para insinyur di MIT dan di tempat lain memiliki cara untuk mengukur dan memetakan secara tepat kehalusan ketangkasan sentuhan tersebut.

Tim telah merancang sarung tangan penginderaan sentuhan baru yang dapat "merasakan" tekanan dan rangsangan taktil lainnya. Bagian dalam sarung tangan dilengkapi dengan sistem sensor yang mendeteksi, mengukur, dan memetakan perubahan kecil pada tekanan di seluruh sarung tangan. Sensor individu sangat selaras dan dapat menangkap getaran yang sangat lemah di seluruh kulit, seperti dari denyut nadi seseorang.

Saat subjek mengenakan sarung tangan saat mengambil balon versus gelas kimia, sensor menghasilkan peta tekanan khusus untuk setiap tugas. Memegang balon menghasilkan sinyal tekanan yang relatif merata di seluruh telapak tangan, sementara memegang gelas kimia menciptakan tekanan yang lebih kuat di ujung jari.

Para peneliti mengatakan sarung tangan taktil dapat membantu melatih kembali fungsi motorik dan koordinasi pada orang yang menderita stroke atau kondisi motorik halus lainnya. Sarung tangan ini juga dapat disesuaikan untuk meningkatkan realitas virtual dan pengalaman bermain game. Tim membayangkan mengintegrasikan sensor tekanan tidak hanya ke dalam sarung tangan taktil tetapi juga ke dalam perekat fleksibel untuk melacak denyut nadi, tekanan darah, dan tanda-tanda vital lainnya secara lebih akurat daripada jam tangan pintar dan monitor yang dapat dikenakan lainnya.

“Kesederhanaan dan keandalan struktur penginderaan kami sangat menjanjikan untuk beragam aplikasi perawatan kesehatan, seperti deteksi denyut nadi dan pemulihan kemampuan sensorik pada pasien dengan disfungsi taktil,” kata Nicholas Fang, profesor teknik mesin di MIT.

Sensor tekanan pada sarung tangan pada prinsipnya mirip dengan sensor yang mengukur kelembapan. Sensor ini, ditemukan di sistem HVAC, lemari es, dan stasiun cuaca, dirancang sebagai kapasitor kecil, dengan dua elektroda, atau pelat logam, mengapit bahan "dielektrik" karet yang mengangkut muatan listrik di antara dua elektroda.

Dalam kondisi lembab, lapisan dielektrik bertindak sebagai spons untuk menyerap ion bermuatan dari kelembaban sekitarnya. Penambahan ion ini mengubah kapasitansi, atau jumlah muatan antara elektroda, dengan cara yang dapat diukur dan diubah menjadi pengukuran kelembaban.

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mengadaptasi struktur sandwich kapasitif ini untuk desain sensor tekanan yang tipis dan fleksibel. Idenya serupa:Ketika sebuah sensor ditekan, keseimbangan muatan di lapisan dielektriknya bergeser dengan cara yang dapat diukur dan diubah menjadi sinyal tekanan. Tetapi lapisan dielektrik di sebagian besar sensor tekanan relatif besar, membatasi sensitivitasnya.

Untuk sensor taktil baru mereka, tim menghilangkan lapisan dielektrik konvensional demi bahan yang mengejutkan:keringat manusia. Karena keringat secara alami mengandung ion seperti natrium dan klorida, mereka beralasan bahwa ion ini dapat berfungsi sebagai pengganti dielektrik. Daripada struktur sandwich, mereka membayangkan dua tipis, elektroda datar, ditempatkan pada kulit untuk membentuk sirkuit dengan kapasitansi tertentu. Jika tekanan diterapkan pada satu elektroda "penginderaan", ion dari kelembaban alami kulit akan menumpuk di bagian bawah, dan mengubah kapasitansi antara kedua elektroda, dengan jumlah yang dapat diukur.

Mereka menemukan bahwa mereka dapat meningkatkan sensitivitas elektroda penginderaan dengan menutupi bagian bawahnya dengan hutan kecil, bengkok, rambut konduktif. Setiap rambut akan berfungsi sebagai perpanjangan mikroskopis dari elektroda utama, sehingga, jika tekanan diterapkan, katakanlah, sudut elektroda, rambut di wilayah tertentu akan menekuk sebagai respons, dan mengumpulkan ion dari kulit, derajat dan lokasi yang dapat diukur dan dipetakan dengan tepat.

Dalam studi baru mereka, tim membuat elektroda penginderaan tipis berukuran kernel yang dilapisi dengan ribuan filamen mikroskopis emas, atau "mikropillar." Mereka menunjukkan bahwa mereka dapat secara akurat mengukur sejauh mana kelompok mikropilar membungkuk dalam menanggapi berbagai kekuatan dan tekanan. Ketika mereka menempatkan elektroda penginderaan dan elektroda kontrol ke ujung jari sukarelawan, mereka menemukan strukturnya sangat sensitif. Sensor mampu menangkap fase halus dalam denyut nadi seseorang, seperti puncak yang berbeda dalam siklus yang sama. Mereka juga dapat menjaga pembacaan denyut nadi yang akurat, bahkan saat orang yang memakai sensor melambaikan tangan saat mereka berjalan melintasi ruangan.

“Denyut nadi adalah getaran mekanis yang juga dapat menyebabkan deformasi kulit, yang tidak dapat kita rasakan, tetapi pilar dapat menangkapnya,” kata Fang.

Para peneliti kemudian menerapkan konsep sensor tekanan mikropilar baru mereka ke desain sarung tangan taktil yang sangat sensitif. Mereka mulai dengan sarung tangan sutra, yang dibeli tim dari rak. Untuk membuat sensor tekanan, mereka memotong kotak kecil dari kain karbon, tekstil yang terdiri dari banyak filamen tipis yang mirip dengan mikropilar.

Mereka mengubah setiap kotak kain menjadi elektroda penginderaan dengan menyemprotkannya dengan emas, logam konduktif alami. Mereka kemudian merekatkan elektroda kain ke berbagai bagian lapisan dalam sarung tangan, termasuk ujung jari dan telapak tangan, dan serat konduktif berulir di seluruh sarung tangan untuk menghubungkan setiap elektroda ke pergelangan tangan sarung tangan, tempat para peneliti menempelkan elektroda kontrol.

Beberapa relawan bergantian mengenakan sarung tangan taktil dan melakukan berbagai tugas, termasuk memegang balon dan memegang gelas kimia. Tim mengumpulkan bacaan dari setiap sensor untuk membuat peta tekanan di seluruh sarung tangan selama setiap tugas. Peta tersebut mengungkapkan pola tekanan yang berbeda dan terperinci yang dihasilkan selama setiap tugas.

Tim berencana menggunakan sarung tangan untuk mengidentifikasi pola tekanan untuk tugas-tugas lain, seperti menulis dengan pena dan menangani benda-benda rumah tangga lainnya. Pada akhirnya, mereka membayangkan alat bantu taktil semacam itu dapat membantu pasien dengan disfungsi motorik untuk mengkalibrasi dan memperkuat ketangkasan dan genggaman tangan mereka.

“Beberapa keterampilan motorik halus tidak hanya membutuhkan pengetahuan bagaimana menangani objek, tetapi juga seberapa besar kekuatan yang harus diberikan,” kata Fang. “Sarung tangan ini dapat memberi kami pengukuran kekuatan mencengkeram yang lebih akurat untuk kelompok kontrol dibandingkan pasien yang pulih dari stroke atau kondisi neurologis lainnya. Ini dapat meningkatkan pemahaman kita dan memungkinkan kontrol.”