Diseño de productos con tecnología háptica

La creciente popularidad y utilidad de los dispositivos que aprovechan las herramientas y servicios digitales está motivando a más diseñadores de productos a integrar tecnología háptica que garantice un mayor compromiso del usuario y ofrezca experiencias más envolventes. Mejorar las interfaces digitales con sensaciones táctiles añade interacción táctil, creando experiencias adicionales que complementan o van más allá de la vista y el oído. Los diseñadores deseosos de explotar las capacidades hápticas pueden aprovechar los componentes fácilmente disponibles para buscar nuevos casos de uso y oportunidades de negocio.

La háptica ya se utiliza en productos de consumo muy visibles, desde teléfonos inteligentes a automóviles, pasando por dispositivos de punto de venta y cajeros automáticos. También se utilizan en dispositivos médicos y herramientas quirúrgicas, maquinaria industrial y de fabricación y aplicaciones de automatización de edificios.

Los orígenes de la háptica se remontan a 1880, cuando Pierre y Jacques Curie demostraron el efecto piezoeléctrico de algunos materiales para generar una pequeña carga eléctrica aplicando una fuerza mecánica. El efecto piezoeléctrico inverso genera un movimiento físico de un material cuando se le aplica un voltaje y se utilizó para desarrollar los primeros sistemas ultrasónicos de detección submarina y radio aérea. Esos mismos principios son la base de los actuadores y transductores que se utilizan habitualmente en pequeños altavoces, micrófonos e incluso tarjetas musicales de regalo.

La combinación de las capacidades hápticas con la realidad virtual (RV), la realidad aumentada (RA) y la Internet de las cosas (IoT) tiene el potencial de mejorar enormemente el compromiso de los usuarios con los dispositivos existentes y allanar el camino para nuevas aplicaciones. Los actuadores hápticos piezoeléctricos añaden un toque de realismo a las interacciones virtuales, con vibraciones que proporcionan una sensación de respuesta natural y atractiva, como la simulación de experiencias de juego, desde carreras a disparos de armas.

La háptica puede desempeñar un papel fundamental para superar los factores que limitan la vista o el oído a la hora de reconocer alertas críticas. En el ámbito médico, por ejemplo, la háptica puede ayudar a los profesionales a reaccionar más rápidamente a múltiples estímulos, lo que podría salvar vidas en situaciones en las que cada segundo puede marcar la diferencia.

Sentir el futuro: aplicaciones y casos de uso

El potencial de la háptica solo está limitado por la visión de los diseñadores de productos. A medida que la RA y la RV ganen popularidad y la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (AM) sigan evolucionando, es probable que la háptica desempeñe un papel destacado a la hora de ofrecer experiencias digitales inmersivas cada vez mayores en diversos sectores, entre ellos:

• El campo médico, donde la háptica ya está empezando a desempeñar un papel en la cirugía asistida por robots y los procedimientos dentales invasivos, ayudando a reproducir la experiencia táctil que los médicos adquieren con años de práctica. Combinada con la RV, la háptica puede hacer avanzar el aprendizaje de habilidades médicas simulando procedimientos del mundo real de forma que se obtengan experiencias prácticas, desde manejar un bisturí hasta palpar un corazón. La háptica puede dar lugar a avances en la rehabilitación de pacientes víctimas de lesiones debilitantes, ayudando a las víctimas de ictus a reaprender habilidades motoras cruciales y proporcionando a los amputados la capacidad de superar las limitaciones de las prótesis mecánicas.
• Casos de uso en automoción, donde la háptica ya proporciona a los controladores avisos táctiles de salida del carril y de no agarrar bien el volante. La integración del smartwatch con los sistemas de navegación puede alertar a los operadores de los giros que se avecinan, reduciendo la necesidad de desviar la mirada hacia los mapas en las pantallas de a bordo.
• Industria y fabricación, donde los operadores de equipos pesados y los trabajadores de las cadenas de producción pueden distraerse fácilmente por la necesidad de echar un vistazo a botones o pantallas. La háptica puede ayudarles a mantener la concentración en las tareas que tienen por delante o por detrás, confirmando al mismo tiempo que han tomado las decisiones correctas sin apartar la vista. La háptica puede incorporarse a guantes y prendas de vestir para permitir un control remoto preciso de la maquinaria, precisión en las operaciones de picking y proporcionar información o alertas en entornos potencialmente peligrosos.
• Servicios financieros y minoristas, ya que los clientes experimentan la háptica en encuentros cotidianos con sistemas de puntos de venta y cajeros automáticos, como la confirmación de interacciones mediante tarjetas y dispositivos móviles. La combinación de AR/VR ofrece la posibilidad de vivir experiencias de compra en línea enriquecedoras que permitan a los consumidores reproducir virtualmente lo que esperan en una tienda física.
• La electrónica de consumo, que ha demostrado estar madura para la háptica. El primer smartphone háptico se presentó en la Feria de Electrónica de Consumo de 2000 y la tecnología se adoptó rápidamente para smartphones Android y Apple, inicialmente para ayudar a mejorar la experiencia del usuario al escribir en teclados virtuales y pulsar iconos en pantalla. Pero la háptica ya tuvo éxito en la década de 1990, al enriquecer la experiencia de los videojugadores con mandos y accesorios como los yugos de dirección, que proporcionaban sensaciones táctiles en juegos de conducción y disparos, entre otros. Con la continua evolución de los dispositivos de consumo y los servicios digitales -desde rastreadores de fitness hasta auriculares y gafas AR/VR-, los diseñadores de productos se apresuran a desarrollar nuevas capacidades que hagan que el mundo digital sea tan tangible como el físico.

Componentes para el éxito: opciones para cada necesidad

Los diseñadores de productos pueden utilizar las carteras de componentes disponibles para crear interfaces táctiles que se ajusten a sus especificaciones y necesidades de aplicación.

El primer paso es comprender las diferencias entre las tecnologías disponibles y sus requisitos de diseño. Los componentes electromecánicos son la tecnología más común para proporcionar respuestas hápticas. Se suelen agrupar en las siguientes categorías principales:

• Los actuadores de masa giratoria excéntrica (ERM) utilizan una masa giratoria fuera del eje acoplada a un motor de CC para generar vibraciones que pueden proporcionar sensaciones de "estruendo" de baja frecuencia (Figura 1). El actuador vibra a una frecuencia directamente correlacionada con la tensión de accionamiento del aparato. Dado que el motor rotativo tarda poco tiempo en alcanzar la velocidad deseada cuando se aplica tensión -y en ralentizar el motor hasta que se detiene-, son los mejores para aplicaciones en las que se requiere un efecto de vibración notable, pero no se necesitan estrictamente patrones de vibración precisos. PUI Audio ofrece varios actuadores ERM, incluido el HD-EMB1104-SM-2 de montaje en superficie, que proporciona una fuerte retroalimentación táctil en un pequeño paquete de 3.4 mm por 4.4 mm por 11 mm. Es adecuado para segmentos médicos, automovilísticos o industriales; dispositivos de consumo o portátiles; o aparatos de seguridad. Otra opción es el ERM de CC sin escobillas HD-EM0602-LW15-R de PCI Audio que ha mejorado el control de la velocidad y el par de torsión y tiene una vida útil más larga que los actuadores con escobillas.

Figura 1: Despiece de un actuador ERM. (Fuente: PUI Audio)

• Las piezas del Actuador resonante lineal (LRA) (Figura 2) están accionadas por CA y producen una vibración en dos direcciones a lo largo de un eje, lo que permite obtener patrones de vibración de alta resolución y capacidad de respuesta para ofrecer información al usuario. Los LRA crean vibraciones moviendo la masa en una dirección lineal cuando la bobina se excita con la frecuencia y el voltaje de la señal aplicada al dispositivo, lo que proporciona un control independiente tanto de la intensidad de la vibración como de la frecuencia. A diferencia de los ERM, con un dispositivo equipado con LRA, los usuarios sentirán una vibración en cuanto se excite la bobina y la masa se mueva hacia arriba o hacia abajo. Esta tecnología está relacionada con los altavoces tradicionales, en los que una bobina es excitada por una forma de onda, lo que hace que un imán y un diafragma se muevan y generen ondas sonoras. El HD-LA1307-SM de PUI Audio es un LRA impermeable, con clasificación IP y montaje en superficie que facilita una integración perfecta en diversas aplicaciones finales, como entornos de realidad virtual, consolas de juegos, simuladores médicos, dispositivos manuales e interfaces de control industrial y de consumo.

Figura 2: Despiece de un ERS. (Fuente: PUI Audio)

• Los motores de bobina móvil (VCM), también llamados actuadores de bobina móvil (VCA) (Figura 3), utilizan la misma tecnología de bobina móvil que los LRA, pero son aún más análogos a un altavoz. Una masa se mueve linealmente, como en un LRA, pero con mayor tamaño y masa, lo que produce un efecto de vibración más sustancial y realista que el que podría reproducirse con un LRA. El VCM cilíndrico HD-VA2527 de PUI Audio ofrece efectos de vibración flexibles y complejos.

Figura 3: Despiece del AVC. (Fuente: PUI Audio)

• Los componentes hápticos piezoeléctricos , a menudo denominados dobladores o zumbadores piezoeléctricos , se basan en el efecto piezoeléctrico inverso y están formados por capas planas de material piezoeléctrico activo que se doblan y contraen cuando se aplica voltaje, creando sonido y vibración. Están disponibles en discos, como el HD-PAB1501 de PUI Audio, y en tiras, como el HD-PAS2507. Los dobladores piezoeléctricos pueden emitir señales más complejas y detalladas, como el sonido de un latido, una sensación de realismo sin precedentes. Estos componentes ofrecen una mayor precisión de desplazamiento, una velocidad de respuesta más rápida, una fuerza generadora más significativa y una vida útil más larga. Requieren un voltaje más alto que los ERM y los LRA, pero los diseñadores pueden utilizar circuitos integrados "controladores de doblado" para satisfacer los requisitos de voltaje de las fuentes de bajo voltaje.

Conclusión:

Los diseñadores de productos pueden aprovechar la rica cartera de componentes para integrar la háptica en sus dispositivos. Deben evaluar qué tipo de vibración es la adecuada para su diseño, así como las ventajas y limitaciones de cada actuador a la hora de cumplir las especificaciones de diseño, las necesidades del usuario final y las aplicaciones específicas. Con las opciones de diseño adecuadas, es posible crear nuevos productos táctiles que generen nuevas oportunidades de negocio.