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TouchYou 是一种皮肤触感设备,能够测量触摸和远程提供多感官刺激,模拟皮肤的触摸。 该系统包含传感界面,这是一种可穿戴且灵活的传感器,用于检测触摸的位置及其对皮肤的压力,以及刺激界面。 刺激由连接到电刺激器(e-stim)的电极矩阵,振动马达和柔性加热器提供,用于模拟皮肤的温度。

该界面的开发旨在应用触觉感应和刺激技术,以减少分居的夫妻之间缺乏身体互动的问题。 我们开发了一对便携,可穿戴的感应和刺激接口,可以与计算机和智能手机进行无线通信,以便通过互联网传输触摸。

 

TouchYou 主要用途是为远距离关系中的夫妻传递触摸,但触摸界面可用作性爱机器人和性玩具的智能皮肤,此外还有夫妇使用自己的身体在远程刺激他们的伴侣。TouchYou 是一个很好的选择,可以解决生活在一起的夫妻和亲戚缺乏身体接触的问题,而且它的技术在人机交互领域很有前途。

 

目前,触摸传感器已经开发出来,它能够测量触摸的位置和施加的力。 它的界面还可以通过蓝牙将触摸数据传输到计算机。 下一步是改进和测试触摸刺激器接口。


构建灵活的触摸传感器

用于制造柔性触摸传感器的方法类似于用于 PCB 的方法,但是我们使用铜箔带和聚酰胺带作为基板而不是使用铜板。 我选择了聚酰胺胶带,因为它具有相对较低的成本和绝缘性以及高温稳定性。 我在热转印转印纸(A)中分别打印了线条和柱的图案,然后我们将每个图案固定在铜箔胶带(B)上。

 


然后将带有印刷纸的铜箔带放在热压印刷机(A)的表面上,该机器可以用熨斗代替。 使用该机器的优点是控制施加到热表面的压力,温度和过程的时间。 在我们的方法中,我们使用 180°C 和 70 秒,这足以将图案从纸张转移到每卷胶带。 由于我们的聚酰胺和铜带宽度小于传感器尺寸,我们需要连接条带以创建基板和完整的传感器图案(B 和 C)。 然后将铜带粘在聚酰胺带上。

 



制作柔性触摸传感器的最后一步是以与 PCB 相似的方式蚀刻铜。 我们将铜和基板浸入氯化铁溶液中,负责腐蚀和去除不需要的铜,只留下电极线和列的图案及其接触。 然后将两层(线和柱)清洁,干燥并胶合在另一层的顶部,形成矩阵图案(A)。 传感器足够灵活,可放置在手腕周围,满足设计可穿戴触摸界面(B)的初始要求。

 


用于触摸和力检测的硬件
用于测量触摸传感器以及用于与计算机通信的硬件和 TouchYou 的刺激接口需要满足一些要求,例如便携式和具有无线通信。 为了读取触摸传感器,我使用了带 MPR121 电容式触摸传感器控制器的分线板。 该模块具有 12 个电极检测,可配置的 I2C 地址,具有去抖动的滤波系统,以及接近检测和自动校准功能。 触摸控制器的接口是使用 Arduino Pro Mini 板制作的,与 HM10 蓝牙模块连接,用于无线通信。 我们还包括一个 3.7V Lipo 电池和一个 USB Lipo 充电器模块,用于硬件便携性。 还包括用于选择功能模式的按钮,LED 和振动马达,用于硬件功能的视觉和触觉响应。

 

 

除了测量触摸发生的位置之外,我们还测量触摸的压力(或力)。 对于压力传感功能,我们选择使用两个力敏电阻(FSR)连接到触摸传感器下方的表面。

 

 

触摸刺激器的设计
触摸刺激界面旨在提供远程触摸的感觉。 该接口是可穿戴的,其输出或刺激响应取决于敏感接口检测到的触摸。 触摸刺激界面的设计被认为满足了它应该通过皮肤产生移动触摸的感觉的要求,不仅通过机械刺激,而且通过其他刺激。 除了振动之外,界面还能够刺激皮肤和肌肉的热和电。

 

为了在佩戴界面时覆盖相对较大的皮肤表面,我们决定将电极放置在矩阵图案中,其中矩阵的每个元素是一对电极。 我们使用了两种类型的电极:15 个尖峰干电极和 9 个湿电极,总共 12 对。 在这种设计中,使用尖峰干电极是优选的,因为这些电极不需要使用导电凝胶,并且在与多毛皮肤接触时具有更好的性能,但是在建造时不能获得所需的总数量。原型。 线和列的电极(3×4)分别彼此连接,并且在每个电极和线的头部上安装 3D 打印的盖子,保持连接安全并将组件固定在弹性织物中。

 

 

为了产生移动触摸的感觉,我们通过改变线和列的活动来改变导电电极对,并且电刺激将发生在最接近的电极对中。 除电刺激外,我们还在电极对之间加入了六硬币振动电机,如下图所示。 电动机用于产生额外的触感,例如模拟手指接触皮肤的时刻或手指从一个点滑动到另一个点的时刻。

 

 

第三种触摸刺激方法是通过热刺激,模拟人体的温度。 为了产生这种效果,我们使用了 3 个柔性加热器或聚酰胺加热膜板。 每个加热器的尺寸为 30x40 mm,可提供 5 V 电源,功率为 1 W,足以使其温度保持在 37°C 左右。 将加热器粘在较小的弹性织物(A)上,然后用维可牢尼龙搭扣(B)固定在初始电极和电动机组上。 我们还为每个加热器安装了温度传感器,因此我们可以控制温度,使系统和与接口接触的皮肤不会过热。

 

 

触摸刺激界面可以佩戴在身体的任何部位,在下图中我们显示了佩戴在手臂中的界面。

 

如果你对这个项目感兴趣,想获取完整信息请访问:
https://hackaday.io/project/160732-touchyou-a-wearable-touch-sensor-and-stimulator

 

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