芯耀
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2019 Hackadayprize 中國(guó)區(qū)賽事正在火熱報(bào)名 ing，我們將為大家介紹在過(guò)去幾屆 Hackadayprize 中獲獎(jiǎng)的作品，希望能給你帶來(lái)啟發(fā)！快點(diǎn)來(lái)報(bào)名參賽，12.5 萬(wàn)美元的終極大獎(jiǎng)在等你認(rèn)領(lǐng)：https://www.cirmall.com/hackadayprize_2019
TouchYou 是一種皮膚觸感設(shè)備，能夠測(cè)量觸摸和遠(yuǎn)程提供多感官刺激，模擬皮膚的觸摸。 該系統(tǒng)包含傳感界面，這是一種可穿戴且靈活的傳感器，用于檢測(cè)觸摸的位置及其對(duì)皮膚的壓力，以及刺激界面。 刺激由連接到電刺激器（e-stim）的電極矩陣，振動(dòng)馬達(dá)和柔性加熱器提供，用于模擬皮膚的溫度。
該界面的開(kāi)發(fā)旨在應(yīng)用觸覺(jué)感應(yīng)和刺激技術(shù)，以減少分居的夫妻之間缺乏身體互動(dòng)的問(wèn)題。 我們開(kāi)發(fā)了一對(duì)便攜，可穿戴的感應(yīng)和刺激接口，可以與計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信，以便通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸觸摸。
TouchYou 主要用途是為遠(yuǎn)距離關(guān)系中的夫妻傳遞觸摸，但觸摸界面可用作性愛(ài)機(jī)器人和性玩具的智能皮膚，此外還有夫婦使用自己的身體在遠(yuǎn)程刺激他們的伴侶。TouchYou 是一個(gè)很好的選擇，可以解決生活在一起的夫妻和親戚缺乏身體接觸的問(wèn)題，而且它的技術(shù)在人機(jī)交互領(lǐng)域很有前途。
目前，觸摸傳感器已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，它能夠測(cè)量觸摸的位置和施加的力。 它的界面還可以通過(guò)藍(lán)牙將觸摸數(shù)據(jù)傳輸到計(jì)算機(jī)。 下一步是改進(jìn)和測(cè)試觸摸刺激器接口。
構(gòu)建靈活的觸摸傳感器
用于制造柔性觸摸傳感器的方法類(lèi)似于用于 PCB 的方法，但是我們使用銅箔帶和聚酰胺帶作為基板而不是使用銅板。 我選擇了聚酰胺膠帶，因?yàn)樗哂邢鄬?duì)較低的成本和絕緣性以及高溫穩(wěn)定性。 我在熱轉(zhuǎn)印轉(zhuǎn)印紙（A）中分別打印了線條和柱的圖案，然后我們將每個(gè)圖案固定在銅箔膠帶（B）上。
然后將帶有印刷紙的銅箔帶放在熱壓印刷機(jī)（A）的表面上，該機(jī)器可以用熨斗代替。 使用該機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)是控制施加到熱表面的壓力，溫度和過(guò)程的時(shí)間。 在我們的方法中，我們使用 180°C 和 70 秒，這足以將圖案從紙張轉(zhuǎn)移到每卷膠帶。 由于我們的聚酰胺和銅帶寬度小于傳感器尺寸，我們需要連接條帶以創(chuàng)建基板和完整的傳感器圖案（B 和 C）。 然后將銅帶粘在聚酰胺帶上。
制作柔性觸摸傳感器的最后一步是以與 PCB 相似的方式蝕刻銅。 我們將銅和基板浸入氯化鐵溶液中，負(fù)責(zé)腐蝕和去除不需要的銅，只留下電極線和列的圖案及其接觸。 然后將兩層（線和柱）清潔，干燥并膠合在另一層的頂部，形成矩陣圖案（A）。 傳感器足夠靈活，可放置在手腕周?chē)?，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)可穿戴觸摸界面（B）的初始要求。
用于觸摸和力檢測(cè)的硬件
用于測(cè)量觸摸傳感器以及用于與計(jì)算機(jī)通信的硬件和 TouchYou 的刺激接口需要滿(mǎn)足一些要求，例如便攜式和具有無(wú)線通信。 為了讀取觸摸傳感器，我使用了帶 MPR121 電容式觸摸傳感器控制器的分線板。 該模塊具有 12 個(gè)電極檢測(cè)，可配置的 I2C 地址，具有去抖動(dòng)的濾波系統(tǒng)，以及接近檢測(cè)和自動(dòng)校準(zhǔn)功能。 觸摸控制器的接口是使用 Arduino Pro Mini 板制作的，與 HM10 藍(lán)牙模塊連接，用于無(wú)線通信。 我們還包括一個(gè) 3.7V Lipo 電池和一個(gè) USB Lipo 充電器模塊，用于硬件便攜性。 還包括用于選擇功能模式的按鈕，LED 和振動(dòng)馬達(dá)，用于硬件功能的視覺(jué)和觸覺(jué)響應(yīng)。
除了測(cè)量觸摸發(fā)生的位置之外，我們還測(cè)量觸摸的壓力（或力）。 對(duì)于壓力傳感功能，我們選擇使用兩個(gè)力敏電阻（FSR）連接到觸摸傳感器下方的表面。
觸摸刺激器的設(shè)計(jì)
觸摸刺激界面旨在提供遠(yuǎn)程觸摸的感覺(jué)。 該接口是可穿戴的，其輸出或刺激響應(yīng)取決于敏感接口檢測(cè)到的觸摸。 觸摸刺激界面的設(shè)計(jì)被認(rèn)為滿(mǎn)足了它應(yīng)該通過(guò)皮膚產(chǎn)生移動(dòng)觸摸的感覺(jué)的要求，不僅通過(guò)機(jī)械刺激，而且通過(guò)其他刺激。 除了振動(dòng)之外，界面還能夠刺激皮膚和肌肉的熱和電。
為了在佩戴界面時(shí)覆蓋相對(duì)較大的皮膚表面，我們決定將電極放置在矩陣圖案中，其中矩陣的每個(gè)元素是一對(duì)電極。 我們使用了兩種類(lèi)型的電極：15 個(gè)尖峰干電極和 9 個(gè)濕電極，總共 12 對(duì)。 在這種設(shè)計(jì)中，使用尖峰干電極是優(yōu)選的，因?yàn)檫@些電極不需要使用導(dǎo)電凝膠，并且在與多毛皮膚接觸時(shí)具有更好的性能，但是在建造時(shí)不能獲得所需的總數(shù)量。原型。 線和列的電極（3×4）分別彼此連接，并且在每個(gè)電極和線的頭部上安裝 3D 打印的蓋子，保持連接安全并將組件固定在彈性織物中。
為了產(chǎn)生移動(dòng)觸摸的感覺(jué)，我們通過(guò)改變線和列的活動(dòng)來(lái)改變導(dǎo)電電極對(duì)，并且電刺激將發(fā)生在最接近的電極對(duì)中。 除電刺激外，我們還在電極對(duì)之間加入了六硬幣振動(dòng)電機(jī)，如下圖所示。 電動(dòng)機(jī)用于產(chǎn)生額外的觸感，例如模擬手指接觸皮膚的時(shí)刻或手指從一個(gè)點(diǎn)滑動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)的時(shí)刻。
第三種觸摸刺激方法是通過(guò)熱刺激，模擬人體的溫度。 為了產(chǎn)生這種效果，我們使用了 3 個(gè)柔性加熱器或聚酰胺加熱膜板。 每個(gè)加熱器的尺寸為 30x40 mm，可提供 5 V 電源，功率為 1 W，足以使其溫度保持在 37°C 左右。 將加熱器粘在較小的彈性織物（A）上，然后用維可牢尼龍搭扣（B）固定在初始電極和電動(dòng)機(jī)組上。 我們還為每個(gè)加熱器安裝了溫度傳感器，因此我們可以控制溫度，使系統(tǒng)和與接口接觸的皮膚不會(huì)過(guò)熱。
觸摸刺激界面可以佩戴在身體的任何部位，在下圖中我們顯示了佩戴在手臂中的界面。
如果你對(duì)這個(gè)項(xiàng)目感興趣，想獲取完整信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：
https://hackaday.io/project/160732-touchyou-a-wearable-touch-sensor-and-stimulator
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有人說(shuō)硬件技術(shù)將很快達(dá)到極限，而在我們看來(lái)，硬件創(chuàng)新，尤其是中國(guó)硬件工程師的創(chuàng)新，還遠(yuǎn)未走到盡頭，而只是剛剛開(kāi)始。作為致力于為全球硬件開(kāi)發(fā)者提供技術(shù)共享服務(wù)的平臺(tái)，與非網(wǎng)母公司 SupplyFrame 旗下最大的全球硬件開(kāi)發(fā)者社區(qū) Hackaday.com 已連續(xù)五年舉辦全球硬件開(kāi)發(fā)者大賽 Hackadayprize，有超過(guò) 3000 多個(gè)硬件團(tuán)隊(duì)在這個(gè)賽事中互動(dòng)交流、切磋技藝。
這個(gè)《硬件改變世界》系列，我們挑選在前幾屆 Hackadayprize 大賽中獲獎(jiǎng)的優(yōu)秀作品加以展示，硬件技術(shù)可以多有意思，硬件開(kāi)發(fā)者可以多有創(chuàng)意，從這些作品中你可以看到。
2019 年 3 月，Hackadayprize 中國(guó)區(qū)賽事將隆重開(kāi)啟，我們很期待看到國(guó)內(nèi)的硬件開(kāi)發(fā)者大開(kāi)腦洞、大展技藝。你準(zhǔn)備好了沒(méi)，與來(lái)自全球的硬件開(kāi)發(fā)者同臺(tái) PK？
