Интерфейс для обоняния виртуальной реальности

Приложения дополненной и виртуальной реальности в скором времени дополнятся еще одним сенсорным ощущением – обонянием. Китайские исследователи создали специальный гибкий интерфейс – миниатюрный генератор запахов, способный быстро активироваться, контролировать концентрацию составных элементов аромата, длительно работать в непрерывном режиме и при этом потреблять очень мало электроэнергии. Подробности устройства описаны в журнале Nature Communications.

Схема действия и описание состава устройства. Credit: Yiming Liu et al / Nature Communications 2023

Обоняние долгое время считалось не слишком важным ощущением для человека, но ряд научных работ последних десятилетий, а также пандемия новой коронавирусной инфекции показали, насколько это мнение было ошибочным. Ароматы вплетаются в среду нашего обитания повсеместно и поэтому кажутся незаметными, но стоит потерять способность их распознавать, и любые ощущения от жизни кажутся уже далеко не такими яркими. В связи с этим развитие виртуальной реальности (VR) невозможно без дополнения ее в том числе этим видом чувств.

Китайские ученые разработали концепцию системы обонятельной обратной связи, которая включает в себя создание беспроводного программируемого интерфейса, собранного из массивов гибких и миниатюрных генераторов запаха. По словам авторов, благодаря выбору оптимальных материалов, дизайну и питательным элементам генераторы обладают высокой скоростью срабатывания, возможностью контролировать концентрации одорантов (составных элементов запаха), длительной работой без подзарядки и высокой механической и электрической стабильностью.

Современные технологии генерации запахов в основном ассоциируются либо с большим прибором, стоящим в закрытом помещении, либо с громоздким набором оборудования для виртуальной реальности, которое работает с помощью проводного подключения и не дает необходимой мобильности и требуемого погружения в среду. Генераторы запаха носимых форматов позволяют создавать персонализированную и локализованную среду с ароматами без помех со стороны и с быстрым переключением от одного запаха к другому.

На сегодняшний день подобных устройств не так много, и их принцип в основном основан на использовании коммерческих распылителей жидкости, которые формируют из одорантов крошечные капли и выдувают их. Их недостатки очевидны: это довольно неуклюжая механика работы, полностью жесткая упаковка с объемными флаконами жидких ароматизаторов и особые требования к техническому обслуживанию. Принцип их работы не позволяет реализовать высококанальные генераторы запаха в миниатюрном, легком и гибком формате. К тому же нужна еще и интеллектуальная электронная панель дистанционного управления с возможностью выбора многочисленных типов селективных запахов, которые пользователи могут регулировать сами.  

Авторы статьи сконцентрировались на тех характеристиках, которые способны обеспечить подобную персонализацию. Вся система должна обладать миниатюрным размером и легкой массой и быть собрана на мягкой подложке в формате, удобном для ношения, или даже с возможностью накожного расположения. Она должна иметь в основе как можно больше одорантов с регулируемой концентрацией, и длительно работать, чтобы у пользователей не было необходимости в частом обслуживании. Обонятельный интерфейс должен программироваться и поддерживать беспроводную работу, чтобы подключаться к различным приложениям. Источники запаха должны быть легкодоступными и биосовместимыми, а также система должна быстро и точно регулировать концентрацию ароматов, чтобы при необходимости один быстро сменялся другим.  

Схемы расположения слоев в генераторе. Credit: Yiming Liu et al / Nature Communications 2023

Обонятельные генераторы, которые разработали китайские исследователи, сделаны на многослойном стеке, включающем слой пищевого парафина, который смешан с различными безопасными жидкими отдушками в качестве источников запаха, полиимидный термопривод на основе золотых нитей, термистор в качестве регулируемого по температуре источника тепла для плавления и отверждения парафина, а также механический привод с консольной структурой. Квадратная рама на мягкой силиконовой основе, выполняющая роль оболочки для блока генерирования запаха, не только обеспечивает достаточное пространство для перемещения механического привода вверх и вниз вместе с термистором, но и делает весь генератор достаточно мягким, чтобы его можно было прикрепить к человеческой коже изогнутым под углом.

Миниатюрные размеры генератора позволяют формировать большое количество вариантов с различными ароматами, где тип запаха можно отличить по цвету рамки. Например, генераторы более темного цвета могут символизировать более резкий запах (мятный, лимонный и т.д.).

Авторы отмечают, что их обонятельные генераторы могут использоваться при просмотре фильмов в формате 4D, для доставки запаховых сообщений, лечения, эмоционального контроля человека и онлайн-обучения на основе VR/AR. Это доказывает их огромный потенциал в различных практических приложениях, включая сферы развлечений, образования, здравоохранения и так далее.

Текст: Анна Хоружая

Soft, miniaturized, wireless olfactory interface for virtual reality by Yiming Liu et al. in Nature Communications. Published May 2023.