Μαλακός βιομιμητικός φακός ελέγχεται από ηλεκτρο-οφθαλμογραφικό σήμα

στις

Αρχική δημοσίευση: UC San Diego / Jacobs School of Engineering
Αναφορά: A Biomimetic Soft Lens Controlled by Electrooculographic Signal

Επιμέλεια-Μετάφραση: Πυθεύς

Περίληψη αναφοράς

Χάρη σε πολλά μοναδικά χαρακτηριστικά, τα μαλακά ρομπότ ή οι μαλακές μηχανές έχουν γίνει αντικείμενο εντατικής έρευνας για να λειτουργούν σε συνεργασία με ανθρώπους. Τα περισσότερα από τα μαλακά ρομπότ που έχουν αναπτυχθεί προηγουμένως, ελέγχονται είτε χειροκίνητα είτε με προγραμματισμένο λογισμικό. Στην τρέχουσα εργασία αναπτύχθηκε μια νέα διεπαφή ανθρώπου-μηχανής για να χρησιμοποιεί ηλεκτρο-οφθαλμογραφικά σήματα, παραγόμενα από τις κινήσεις των ματιών, για τον έλεγχο των κινήσεων και την αλλαγή του εστιακού μήκους σε βιομιμητικό μαλακό φακό. Η κίνηση και η παραμόρφωση του μαλακού φακού επιτυγχάνονται με την ενεργοποίηση διαφόρων περιοχών σε διηλεκτρικές ελαστομερείς επιφάνειες, μιμούμενες τους μηχανισμούς λειτουργίας των ματιών των ανθρώπων και των περισσότερων θηλαστικών. Το σύστημα που αναπτύχθηκε στην παρούσα μελέτη έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί στην οφθαλμική προσθετική, σε ρυθμιζόμενα γυαλιά και σε ρομποτικές εφαρμογές απομακρυσμένου ελέγχου στο μέλλον.

Eρευνητική ομάδα καθοδηγούμενη από το Πανεπιστήμιο California San Diego έχει αναπτύξει έναν μαλακό ρομποτικό φακό του οποίου οι κινήσεις ελέγχονται από τα μάτια —ανοιγοκλείνεις δύο φορές και ο φακός εστιάζει μέσα έξω﹒κοιτάζεις αριστερά, δεξιά, πάνω ή κάτω και ο φακός ακολουθεί.

Ο φακός είναι το πρώτο παράδειγμα διεπαφής ανθρώπων-μαλακών μηχανών. «Η διεπαφή ανθρώπου-μηχανής, όπως την ξέρουμε, περιλαμβάνει κλασικά μηχανήματα: για παράδειγμα, υπολογιστές, αναπηρικές καρέκλες και άκαμπτα ρομπότ. Η καινοτομία εδώ είναι η διεπαφή με την μαλακή ρομποτική. Αυτό μπορεί πραγματικά να ανοίξει νέες προοπτικές στο πεδίο,» δήλωσε ο Shengqiang Cai, καθηγητής μηχανολογίας και αεροδιαστημικής μηχανικής στο UC San Diego, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.

Στις πιθανές εφαρμογές του συστήματος περιλαμβάνονται η οφθαλμική προσθετική, τα ρυθμιζόμενα γυαλιά, τις συσκευές εικονικής πραγματικότητας και τα μαλακά ρομπότ με ικανότητα όρασης.

  • Σχηματική παράσταση και φωτογραφία του συστήματος μαλακού φακού._ Images courtesy of Cai lab/Advanced Functional Materials

Το πρωτότυπο σύστημα ανταποκρίνεται στα ηλεκτρικά σήματα που παράγονται γύρω από τα μάτια κατά τη διάρκεια της κίνησής τους, τα οποία ονομάζονται ηλεκτρο-οφθαλμογραφικά σήματα. Αυτοκόλητα ηλεκτροδίων τοποθετημένα στο δέρμα γύρω από τα μάτια μετρούν αυτά τα σήματα και τα μεταδίδουν μέσω ενός επεξεργαστή σήματος στον φακό.

Το σύστημα έχει σχεδιαστεί για να μιμείται τον τρόπο λειτουργίας του ανθρώπινου ματιού. Ο φακός είναι κατασκευασμένος από αλατούχο νερό εγκλωβισμένο μεταξύ δύο ηλεκτρο-ενεργών μεμβρανών ελαστομερούς υλικού που λειτουργούν όπως οι μύες. Μπορούν να εκταθούν, να συσταλλούν ή να αλλάξουν τη δομή τους με την εφαρμογή ηλεκτρικού δυναμικού. Αυτό επιτρέπει στον φακό να κοιτάζει σε τέσσερις κατευθύνσεις και να αλλάζει το εστιακό του σημείο. Επειδή ο φακός είναι κατασκευασμένος από μαλακά υλικά, μπορεί να αλλάξει το εστιακό του μήκος σε ποσοστό έως και 32%.

  • Απεικόνιση και φωτογραφίες του εύκαμπτου ρομποτικού φακού

Ο φακός κατασκευάστηκε σαν τεκμήριο της ιδέας για μαλακά ενεργά υλικά που θα μπορούσαν να ελέγχονται εξ αποστάσεως με σήματα από το σώμα.

«Η ιδέα πίσω από αυτό το έργο είναι πολύ γενική,» δήλωσε ο Cai. «Σε αυτή την επίδειξη, χρησιμοποιούμε σήματα που παράγονται από την κίνηση των ματιών για τον έλεγχο ενός μαλακού, συντονιζόμενου φακού. Θα μπορούσαμε όμως να επεκτείνουμε την αρχή αυτής της ιδέας και να χρησιμοποιήσουμε άλλα βιολογικά σήματα (κίνηση των χεριών, κτύπος της καρδιάς, κ.λπ) για να ελέγξουμε μαλακές λαβίδες, για παράδειγμα. Σε αυτή την τεχνολογία υπάρχει περισσότερη δυναμική από μία μόνο συγκεκριμένη εφαρμογή ή εμπορικό προϊόν. Και αυτό είναι που βρίσκω πραγματικά συναρπαστικό.»

Provided by



Εικόνα εξωφύλλου:

Απόσπασμα εικόνας ενσωματωμένης στο άρθρο Eye-controlled soft lens paves way to soft human-machine interfaces από το UC San Diego



Eye-controlled soft lens paves way to soft human-machine interfaces

San Diego, Calif., Aug. 2, 2019 — A research team led by the University of California San Diego has developed a soft robotic lens whose movements are controlled by the eyes—blink twice and the lens zooms in and out; look left, right, up or down and the lens will follow.

The lens is the first example of an interface between humans and soft machines. “The human-machine interface, as we know it, features classical machines: computers, wheelchairs, and rigid robotics, for example. The innovation here is the interface with soft robotics. This can really open up new opportunities in the field,” said Shengqiang Cai, a professor of mechanical and aerospace engineering at UC San Diego who led the research.

Potential applications of the system include visual prostheses, adjustable glasses, VR, and soft robots that can see.

The prototype system responds to the electric signals generated around the eyes during movement, called electrooculographic signals. Patches of electrodes placed on the skin around the eyes measure these signals and transmit them through a signal processor to the lens.

The system is designed to mimic how the human eye works. The lens itself is made up of salt water encased within two electroactive elastomer films that act like muscles. They can expand, contract, or change their structure when an electrical potential is applied. This enables the lens to look in four directions and change its focal point. Because the lens is made of soft materials, it can change its focal length by as much as 32 percent.

The lens was made as a proof of concept for soft active materials that could be remotely controlled by signals from the body.

“The idea behind this project is very generic,” Cai said. “In this demonstration, we use signals generated by eye movement to control a soft tunable lens. But in principle, we could expand this idea and use other biological signals (hand movement, heartbeat, etc.) to control soft grippers, for example. There is more potential to this technology than just one specific application or commercial product. And that is what I find truly exciting.”