Handschuh mit Soft-Robotik für bessere Interaktion in VR

Ingenieure an der University of California San Diego verwenden Soft-Robotik-Technologien, um leichte, geschmeidige Handschuhe herzustellen. So können Anwender taktiles Feedback erfahren, wenn sie in virtuellen Umgebungen interagieren. Mit den Handschuhen konnten die Forscher das Gefühl, Klavier zu spielen, realistisch simulieren.

Die Arbeiten, die sich noch in der Prototypen-Phase befinden, wurden kürzlich an der Konferenz „Electronic Imaging, Engineering Reality for Virtual Reality“ in Burlingame, CA.  Derzeit fußten die VR-Schnittstellen auf Vorrichtungen, die vibrierten, wenn Anwender eine virtuelle Oberfläche oder ein Objekt berührten. „Sie sind nicht realistisch“, sagt Jurgen Schulze, Forscher am Qualcomm Institute an der UC San Diego und einer der Autoren des Papers.  „Man kann nichts berühren oder Widerstand fühlen, wenn man einen Knopf drückt. Im Gegensatz dazu versuchen wir, die Anwender auf eine Weise fühlen zu lassen, als ob sie von der taktilen Wahrnehmung her in der tatsächlichen Umgebung wären.“

Auch andere Entwickler haben sich bereits an Handschuhen als VR-Schnittstellen versucht. Sie sind jedoch oft unförmig und bestehen aus massiven Materialien wie Metall. Das von den Ingenieuren der UC San Diego entwickelte Exemplar verfügt dagegen über ein weiches Exoskelett, dass mit einer Soft-Robotik-Muskulatur ausgestattet ist. Das macht den Handschuh leichter und einfacher im der Benutzung.

Soft-robotische Komponenten

Michael Tolley, Professor für Maschinenbau an der Jacobs School of Engineering an der UC San Diego und einer der Autoren findet, dass der Prototyp schon erstaunlich effektiv sei. Das System umfasst drei Komponenten: ein Sensor von Leap Motion, der die Position und die Bewegung der Hände des Anwenders erkennt, ein eigens hergestelltes fluidisches Steuerpult, das die Bewegungen der Handschuhe überwacht und soft-robotische Komponenten im Handschuh, die sich individuell ausdehnen oder zusammenziehen, um die Kräfte nachzustellen, denen der Anwender in der VR-Umgebung begegnen würde. Das System interagiert mit einem Rechner, dessen Display eine virtuelle Piano-Tastatur mit Bäumen und einem Fluss im Hintergrund zeigt.

Eine Schlüsselkomponente im Design des Handschuhs ist ein Soft-Robotik-Element namens McKibben-Muskel, im Wesentlichen Latex-Kammern, die mit geflochtenen Fasern bedeckt sind. Die Muskeln reagieren wie Federn, um Kraft einzusetzen, wenn Anwender ihre Finger bewegen. Durch Aufblasen und Entleeren werden die Muskeln gesteuert.

Die Entwickler haben eine Form für das weiche Außenskelett des Handschuhs in 3D gedruckt. Das soll für eine einfachere Fertigung und die Eignung für die Massenproduktion sorgen. Für das Exoskelett kommt Silikonkautschuk zum Einsatz, an den Gelenken Klettbänder.

In einer informellen Pilotstudie konnten 15 Teilnehmer, darunter zwei VR-Interface-Experten, das Piano in der virtuellen Realität spielen und beschrieben diese Erfahrung als faszinierend und verblüffend. Die Entwickler arbeiten daran, den Handschuh kostengünstiger, weniger auftragend und transportabler zu machen. Sie würden auch gern die Leap-Motion-Steuerung umgehen, um das System noch kompakter zu machen.

Bild: Ein Handschuh mit Soft-Robotik erlaubt, in der virtuellen Realität Piano zu spielen. CREDIT: JACOBS SCHOOL OF ENGINEERING/UC SAN DIEGO