'Làn da' cảm nhận chuyển động 3D cho thực tế ảo và y tế

Nguồn ảnh: VnExpress

Các kỹ sư MIT phát triển tấm cảm biến silicon có khả năng tự theo dõi và tái tạo hình dạng chuyển động 3D theo thời gian thực.

Nghiên cứu của nhóm kỹ sư thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) được công bố trên tạp chí Advanced Intelligent Systems tháng 10. Điểm đặc biệt của thiết bị nằm ở việc ứng dụng mảng ống dẫn sóng quang học tích hợp thẳng vào tấm nền silicone mềm.

Thay vì sử dụng sợi thủy tinh cứng truyền thống, nhóm thiết kế sợi quang dẻo với lõi cao su linh hoạt và lớp bọc tô màu đen. Một bên mặt của sợi quang được làm nhám cố ý. Khi sợi quang uốn cong theo các hướng khác nhau, lượng ánh sáng thất thoát ở đầu ra sẽ thay đổi tương ứng, giúp hệ thống xác định chính xác chiều uốn và lực tác động.

Trong thử nghiệm, tấm silicone kích thước 16 x 16 cm, dày 0,5 cm được đan 14 sợi quang theo dạng zíc zắc với hai lớp. Một đầu sợi gắn đèn LED và đầu còn lại nối với cảm biến quang học. Dữ liệu ánh sáng thu về được chip điều khiển xử lý và thuật toán sẽ tái tạo mô hình 3D của tấm cảm biến với tần số ba lần mỗi giây.

Hình ảnh minh họa tấm cảm biến chuyển động 3D. Ảnh: MIT — Ảnh minh họa tấm cảm biến chuyển động 3D. Ảnh: *MIT*

Theo Tom's Hardware, trong các bài kiểm tra phòng thí nghiệm, sai số đo lường hình dạng 3D của tấm cảm biến duy trì ở mức dưới 0,5 cm và đạt từ 0,28 đến 0,45 cm khi đặt lên khuôn mô hình 3D. Qifan Yu, nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí tại MIT, cho biết độ chính xác này vượt trội so với các thiết kế cảm biến cứng thông thường vốn có sai số từ 1 đến 2 cm và "ít nhất tương đương với các công nghệ theo dõi hiện hành".

Bên cạnh đó, cấu trúc mảng sợi quang giúp thiết bị duy trì độ bền cao. Ngay cả khi bị cắt đứt hoặc ngắt kết nối tới 3 trong tổng số 14 sợi quang, hệ thống vẫn có thể tái tạo hình dạng tổng thể với sai số dưới 0,3 cm.

Theo giáo sư Kaitlyn Becker tại MIT, mục tiêu của nhóm là phát triển công cụ hỗ trợ bác sĩ vật lý trị liệu đo lường và theo dõi tiến trình hồi phục của bệnh nhân một cách định lượng và chính xác qua từng buổi tập. Ngoài ra, thiết bị mềm dẻo này an toàn hơn khi tương tác gần với con người, mở ra tiềm năng lớn trong việc điều khiển robot từ xa hay làm trang phục mô phỏng chuyển động cho môi trường VR.

Thời gian tới, nhóm dự kiến thu nhỏ kích thước sợi quang từ 1 milimet xuống vài chục micromet. Việc tăng số lượng sợi quang siêu mỏng trên nền vải sẽ cho phép chế tạo các loại quần áo thông minh theo dõi toàn bộ cơ thể trong tương lai.

Huy Đức

Các kỹ sư thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa chế tạo thành công tấm cảm biến silicone có khả năng tự theo dõi và tái tạo hình thái chuyển động 3D theo thời gian thực. Công trình được công bố trên tạp chí Advanced Intelligent Systems, đánh dấu bước tiến mới trong việc thay thế sợi quang thủy tinh cứng bằng sợi quang dẻo lõi cao su. Bề mặt sợi quang được làm nhám có chủ đích để nhận diện lực uốn cong dựa trên mức độ suy hao ánh sáng, giúp thuật toán dựng lại mô hình 3D với tần số ba lần mỗi giây. Trong thử nghiệm, thiết bị kích thước 16 x 16 cm và dày 0,5 cm đan xen 14 sợi quang zíc zắc đạt sai số đo lường chỉ từ 0,28 đến 0,45 cm trên khuôn mô hình 3D. Nghiên cứu sinh Qifan Yu khẳng định độ chính xác này vượt trội so với mức sai số 1 đến 2 cm của các cảm biến cứng thông thường. Đáng chú ý, hệ thống vẫn duy trì khả năng tái tạo hình dạng với sai số dưới 0,3 cm ngay cả khi bị đứt rời tới 3 sợi quang. Theo giáo sư Kaitlyn Becker, công nghệ mở ra giải pháp định lượng tiến trình hồi phục chức năng cho bệnh nhân trong vật lý trị liệu và nâng cao độ an toàn khi tương tác giữa người và máy móc. Nền tảng vật liệu mềm dẻo này đồng thời là tiền đề quan trọng để phát triển trang phục mô phỏng chuyển động cho môi trường thực tế ảo và điều khiển robot từ xa. Nhóm nghiên cứu dự kiến thu nhỏ tiết diện sợi quang xuống kích thước micromet nhằm dệt trực tiếp lên sợi vải, hướng đến các thế hệ quần áo thông minh theo dõi toàn thân.