HydroHaptics: superfici morbide con un vero feedback di forza

Il tatto è uno dei nostri sensi più importanti e inizia a svilupparsi ancor prima della nascita. È in realtà il primo senso ad essere sviluppato nell'embriologia umana.

Il tatto è parte integrante della nostra vita e avviene quando neuroni specializzati percepiscono informazioni tattili dalla pelle e le trasmettono al cervello, dove vengono percepite come temperatura, pressione, dolore e vibrazione.

I nostri neuroni sensoriali sono estremamente diversificati, con le loro estremità inserite in strutture sensoriali diverse. Questi neuroni lavorano in armonia per rilevare le diverse qualità del tatto.

Con l'accresciuta comprensione dell'intricato linguaggio del tatto, è cresciuta anche la nostra capacità di ricrearlo attraverso la tecnologia. È qui che entra in gioco l'aptica, un campo emergente che traduce la ricchezza sensoriale del tatto umano in esperienze digitali e meccaniche.

Derivato dal termine greco "haptein", che significa contatto o toccare, il termine "aptica" si riferisce alla percezione e alla manipolazione attraverso il tatto. Implica anche l'uso della tecnologia per creare sensazioni tattili come vibrazioni o force feedback. Alcuni esempi includono i controller di gioco, le vibrazioni degli smartphone, chirurgia roboticae realtà virtuale.

L'aptica consente all'utente di toccare e percepire oggetti distanti indirettamente. Dispositivi speciali come joystick e guanti per la trasmissione di dati forniscono feedback dalle applicazioni informatiche sotto forma di sensazione tattile. Fornendo un feedback forzato a chi interagisce con ambienti virtuali, l'aptica crea un flusso bidirezionale di informazioni.

L'evoluzione delle tecnologie tattili 

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Dalla sua introduzione circa mezzo secolo fa, l'aptica si è evoluta in un campo sofisticato in cui sensazioni come consistenza, temperatura, pressione e persino morbidezza possono essere integrate in oggetti di uso quotidiano. Questa nuova generazione di aptica promette di avvicinare le esperienze digitali all'interazione fisica reale.

La vasta gamma di tecnologie tattili che caratterizzano le interfacce odierne dimostra quanto rapidamente la tecnologia abbia fatto progressi.

Smartphone e dispositivi indossabili sfruttano il feedback vibrotattile per generare vibrazioni, mentre l'aptica elettrostatica nei touchscreen e nei trackpad crea l'illusione di texture o attrito su uno schermo altrimenti liscio. L'aptica termica simula le variazioni di temperatura per conferire maggiore realismo alle interazioni virtuali.

Il Force Feedback aggiunge un senso di pressione o movimento per rendere le interazioni più realistiche. Gli attuatori e i motori tattili sono ciò che ti fa percepire la resistenza su un controller di gioco o un dispositivo VR.

Oltre a ciò, materiali intelligenti emergenti come i polimeri elettroattivi e magnetoreologici, che cambiano forma o consistenza quando esposti a campi elettrici o magnetici, stanno consentendo un feedback tattile flessibile.

Esistono poi i sensori aptici piezoelettrici per un feedback preciso e localizzato che sfrutta la tensione. Piccole forze laterali applicano piccole forze laterali alla pelle, mentre i sensori aptici microfluidici utilizzano minuscoli canali fluidi per simulare le sensazioni tattili.

Un'altra tecnologia in questo campo in crescita è l'aptica pneumatica e idraulica, utilizzata per simulare la forza di presa, il peso o l'impatto sfruttando la pressione dell'aria o del liquido.

Tra queste, l'aptica idraulica sta guadagnando molto terreno tra i ricercatori come tecnologia aptica ad alta fedeltà. Questa tecnologia emergente, dopotutto, fornisce sensazioni potenti e realistiche che superano le capacità dei vecchi sistemi tattili basati sulle vibrazioni.

L'uso di fluidi in questo caso consente la creazione di un feedback di forza forte, preciso e altamente dinamico. Inoltre, i sistemi tattili idraulici possono fornire sensazioni termiche rapide e realistiche facendo circolare rapidamente acqua a diverse temperature. Inoltre, i sistemi idraulici e pneumatici possono essere integrati in dispositivi morbidi e flessibili, consentendo un'aptica indossabile più naturale che riduce l'affaticamento dell'utente e ne preserva la destrezza.

Poiché gli attuali dispositivi tattili sono spesso ingombranti e rigidi, il che li rende inadatti all'interazione diffusa, i ricercatori hanno affrontato questo inconveniente sviluppando pompe idrauliche e attuatori in miniatura, consentendo così la creazione di piccoli dispositivi indossabili molto più pratici per l'uso quotidiano.

Ad esempio, diversi anni fa, i ricercatori di Autodesk Research, dell'Università di Manitoba e dell'Università di Toronto hanno collaborato per creare HydroRing¹, un dispositivo indossato sul dito che fornisce sensazioni tattili di temperatura, vibrazione e pressione per consentire interazioni tattili in realtà mista. 

Quando è attivo, questo dispositivo indossabile fornisce sensazioni grazie al liquido che scorre attraverso un sottile tubo flessibile indossato sul polpastrello. In modalità passiva, ha un impatto minimo sulla destrezza dell'utente e sulla sua percezione degli stimoli.

Più recentemente, i ricercatori del Georgia Tech ha introdotto il loro anello tattile morbido², che combina l'azionamento pneumatico e idraulico per imitare la morbidezza, la ruvidità e la temperatura della falange prossimale. Questo anello, realizzato in silicone EcoFlex 00-30 per riprodurre le proprietà meccaniche della pelle umana, consente a chi lo indossa di usare la punta delle dita per esplorare l'ambiente circostante. 

Il suo design consente di trasmettere contemporaneamente vibrazioni tramite gonfiaggio pneumatico, sensazioni termiche tramite la circolazione dell'acqua in un circuito idraulico e pressione. 

Dopo aver valutato l'efficacia dell'anello e delle tecniche di rendering, i ricercatori hanno condotto uno studio utente su 15 partecipanti. Hanno riscontrato un tasso di accuratezza fino al 90% nella capacità dei partecipanti di abbinare texture virtuali a quelle reali. Le valutazioni multidimensionali degli aggettivi indicano inoltre che il dispositivo comunicava efficacemente sensazioni tattili distinte in tutte le modalità.

Alcuni anni fa, i ricercatori della Carnegie Mellon University hanno spinto ulteriormente la tecnologia sviluppo di aptica basata sull'idraulica³ sufficientemente sottile, appena 5 mm, da poter essere inserito in uno schermo OLED per consentire di percepire fisicamente le notifiche touchscreen. 

La nuova tecnologia di visualizzazione può consentire agli utenti di interagire con le notifiche, premere pulsanti e digitare sulla tastiera in modo più coinvolgente e interattivo. Secondo i ricercatori, la tecnologia prototipo può inoltre consentire interfacce dinamiche su altri dispositivi come lettori musicali, videogiochi, veicoli elettrici e altro ancora.

Ora, i ricercatori dell'Università di Bath hanno ha sviluppato una nuova tecnologia reattiva⁴ chiamato HydroHaptics che risponde anche a tocchi e pressioni.

Perché l'aptica idraulica supera quella pneumatica (spiegazione dell'aptica idraulica)

Le interfacce morbide e flessibili offrono un potenziale di interazione unico, ma soffrono di un feedback di forza limitato. In questo caso, gli approcci pneumatici non sono adatti perché mancano di reattività e precisione, mentre le soluzioni microidrauliche hanno un input limitato. 

I sistemi idraulici rappresentano quindi la soluzione perfetta. Utilizzano il liquido come fluido di lavoro, a differenza degli approcci pneumatici che utilizzano l'aria, la cui comprimibilità limita la velocità e la precisione della forza e dello spostamento in uscita. Il liquido consente una maggiore precisione e una maggiore reattività in uscita. 

Gli attuali modelli idraulici interattivi utilizzano principalmente la microidraulica, che può fornire un maggiore controllo ma presenta limitazioni di volume, il che limita l'interfaccia a piccoli pulsanti, influenzando a sua volta la flessibilità di input e la diversità delle forme. 

Quando si progettano sistemi idraulici interattivi, bisogna anche tenere conto delle perdite, della limitata retroguidabilità e della necessità di componenti specializzati, che ne rendono più difficile la realizzazione.

I ricercatori hanno quindi creato HydroHaptics, un nuovo sistema che consente un force feedback ad alta fedeltà su interfacce deformabili attraverso la trasmissione idrostatica. Questa piattaforma è in grado di migliorare la qualità del force feedback sulle interfacce morbide, mantenendo al contempo le qualità che consentono esperienze utente ricche, ovvero flessibilità, morbidezza e libertà di input.

Questa tecnologia offre diversi vantaggi. Innanzitutto, è alimentata da un motore a corrente continua brushless e non necessita di pompe, valvole e regolatori. Sfruttando la disponibilità, l'economicità e le opzioni di controllo del motore compatto, i ricercatori possono creare effetti di force-feedback su HydroHaptics. 

Progettato con un numero inferiore di componenti per garantire la scalabilità, il sistema riduce la suscettibilità alle perdite, rendendolo adattabile a interfacce più ampie. La maggior parte dei componenti utilizzati nel sistema è inoltre disponibile in commercio o stampata in 3D.

Inoltre, HydroHaptics è intrinsecamente bidirezionale, consentendo sia la rilevazione delle interazioni di input di forza sia la trasmissione di un feedback di forza. Ciò significa che la nuova tecnologia consente una comunicazione bidirezionale tra una persona e l'oggetto che tiene in mano o indossa. 

Insieme, tutti questi vantaggi offrono opportunità uniche per esplorare le interazioni tattili sulle interfacce morbide e sviluppare nuovi dispositivi deformabili.

HydroHaptics è un sistema open source con una cella idraulica sigillata, che contiene una quantità fissa di liquido incomprimibile e accoppia idraulicamente le due superfici flessibili della cella. Ciò consente la trasmissione di forza bidirezionale tra di esse.

Un attuatore meccanico lineare funge da motore aptico, in grado di fornire un feedback di forza spostando il fluido e trasmettendo la forza all'interfaccia deformabile. Per consentire all'interfaccia di deformarsi, lo stesso motore si muove in risposta alla forza applicata all'interfaccia deformabile, mantenendo al contempo la pressione all'interno della cella idraulica, regolabile per ottenere diversi livelli di rigidità.

Utilizzando questo approccio, gli utenti possono percepire vibrazioni, clic netti e una resistenza variabile, mentre la superficie mantiene la sua naturale morbidezza e flessibilità, indipendentemente da come la si prema, la si pizzichi o la si torca, "qualcosa che, finora, semplicemente non era possibile", ha affermato James Nash, co-responsabile dello studio e dottorando in informatica a Bath.

Quindi, un individuo può pizzicare, toccare o torcere un oggetto, come un mouse flessibile, un capo di abbigliamento o un cuscino, e quell'oggetto risponderà in modo espressivo e significativo, ad esempio abbassando la luce, disegnando qualcosa su uno schermo o cambiando canale in TV.

L'input dell'utente può essere rilevato anche monitorando la pressione interna.

“L'input dell'utente viene percepito dal sistema attraverso l'oggetto e l'utente percepisce la risposta tattile del sistema attraverso la superficie deformabile.”

– Il professor Jason Alexander del Dipartimento di Informatica di Bath, responsabile dello studio.

In questo modo, HydroHaptics consente esperienze tattili distinte su interfacce morbide e deformabili, attualmente impraticabili con gli approcci esistenti.

Con HydroHaptics, i ricercatori stanno aprendo le porte a entusiasmanti opportunità di interazioni tattili con oggetti di uso quotidiano. La tecnologia può apportare grandi benefici al gaming, alla tecnologia indossabile, alla simulazione medica, alla progettazione di prodotti e ad altri settori.

La prossima ondata di interazione uomo-computer

Il team di informatici di Bath ha presentato il proprio studio su HydroHaptics al Simposio ACM su Software e Tecnologia dell'Interfaccia Utente (UIST '25) tenutosi qualche settimana fa, dove l'articolo ha ricevuto una menzione d'onore.

Nella sua forma attuale, il sistema ha una forma cilindrica, alla cui sommità si trova una cupola deformabile in silicone, che costituisce la superficie superiore esposta della cella, il cui fondo è anch'esso sigillato con una membrana flessibile in silicone. Immediatamente sotto la cella si trovano un sensore di pressione e un carrello a vite, azionato dal motore a corrente continua.

Quando l'utente interagisce con la cupola, ad esempio premendola o strizzandola, sposta l'acqua, facendola premere ed estendere la membrana inferiore. Il sensore rileva l'aumento di pressione risultante e lo abbina al gesto e al comando corrispondente.

Per fornire un feedback tattile, il dispositivo utilizza il motore per comprimere la cella dal basso, spingendo la cupola verso l'alto contro il dito dell'utente, creando così una sensazione di vibrazione oscillante, un clic distinto o un pulsante premuto.

Per dimostrare la capacità di HydroHaptics di migliorare l'interazione attraverso un feedback di forza a grana fine, il team lo ha integrato in quattro applicazioni quotidiane. 

Un mouse per computer deformabile e con forza aumentata, dotato di una morbida cupola in silicone, che permetteva agli utenti di scolpire oggetti digitali sullo schermo premendo e deformando la superficie del mouse. 

Un piccolo cuscino interattivo che fornisce un feedback tattile mantenendo la sua morbidezza. Una tasca HydroHaptic è stata inserita nel cuscino per controllare i dispositivi intelligenti quando viene premuta o schiacciata.

Uno zaino che fornisce un feedback di forza sul corpo attraverso gli spallacci. Invia notifiche dello smartphone tramite tocchi e pressioni sulle spalle, che possono essere utilizzati anche per la navigazione.

Un joystick con forza aumentata stampato in 3D è stato migliorato con la tecnologia HydroHaptic per aumentare l'immersione nel videogioco. Il feedback tattile è stato fornito ai giocatori durante il gioco per simulare tensione, resistenza o impatto violento.

Queste applicazioni dimostrano per la prima volta l'integrazione di feedback tattile di qualità in interfacce e oggetti morbidi e flessibili. E il team intravede un grande potenziale per la loro tecnologia in un'ampia gamma di dispositivi interattivi.

"I nostri esperimenti dimostrano che si tratta di un sistema affidabile che consente all'uomo di interagire con oggetti morbidi in modo significativo, migliorando il nostro modo di vivere e lavorare".

– Professor Jason Alexander

Per illustrare il potenziale di HydroHaptics, ha fatto l'esempio di un utente che percepisce effetti fisici nel cuscino su cui si appoggia, che rispecchiano ciò che accade sullo schermo del televisore di fronte a lui. Ad esempio, la vibrazione del cuscino quando un'auto percorre una strada dissestata sullo schermo del televisore, o il cuscino che si irrigidisce quando qualcuno colpisce un muro duro. Un altro esempio è quello di chi indossa uno zaino, che non ha bisogno del telefono per la navigazione, poiché le cinghie lo guideranno attraverso delicate pressioni fino alla spalla.

“Questi sono solo due dei tanti modi in cui questa tecnologia potrebbe essere integrata nelle nostre vite in un futuro non troppo lontano.”

– Alessandro 

Per valutare le prestazioni della loro tecnologia, il team ha eseguito una serie di valutazioni tecniche utilizzando un braccio robotico ad alta precisione e ha condotto uno studio utente. Durante lo studio, il team ha dimostrato la capacità di HydroHaptics di creare effetti tattili distintivi con una precisione di identificazione media dell'82.6% su tutti gli effetti e del 92.8% sull'effetto più distintivo. 

Anche altri team di ricerca stanno lavorando su interfacce morbide e deformabili, avendo prodotto prototipi che mostrano sensazioni altamente localizzate o diversi livelli di feedback a bassa fedeltà, ma non hanno ancora raggiunto il livello di scala, precisione e risoluzione di HydroHaptics.

Il team ritiene che i prodotti HydroHaptics possano essere presto pronti per il mercato, se l'interesse per la loro tecnologia è indicativo. "Date risorse sufficienti, non sarebbe irrealistico che questa tecnologia fosse disponibile in un prodotto entro un anno o due", ha affermato il professor Alexander.

Ma ovviamente il team deve prima perfezionare il motore tattile in modo da ridurne l'ingombro e renderlo adatto alle applicazioni commerciali.

Anche il sistema non è esente da limitazioni tecniche. Come sottolineato nell'articolo, nel tempo l'aria può rimanere intrappolata nella cella idraulica o infiltrarsi nel sistema, riducendone le prestazioni. Inoltre, l'elevata pressione di uscita richiede una potenza significativa, che può causare problemi termici.

Per quanto riguarda il motore aptico, l'approccio del team si basa sulla sua rigidità e, sebbene possa essere separato tramite un tubo flessibile, deve rimanere collegato all'interfaccia, il che non è sempre fattibile per interfacce completamente deformabili. Lo studio ha osservato:

"HydroHaptics rappresenta un passo significativo verso l'obiettivo a lungo termine di realizzare sistemi di feedback di forza tattile completamente deformabili, e il lavoro futuro dovrebbe mirare a ridurre il numero e le dimensioni dei componenti rigidi." 

Investire nella tecnologia tattile

Texas Instruments (TXN ) is un gigante dei semiconduttori che sviluppa chip di elaborazione analogici e integrati per vari mercati, tra cui l'elettronica personale, l'automotive, le apparecchiature di comunicazione, i sistemi industriali e aziendali.

TI è anche un attore importante nel settore dell'aptica, fornendo soluzioni integrate che includono driver tattili, controller per touchscreen e librerie software per generare feedback tattile nell'elettronica di consumo e nei prodotti industriali.

Texas Instruments (TXN )

Con una capitalizzazione di mercato di 160.5 miliardi di dollari, le azioni TXN sono attualmente scambiate a 176.93 dollari, in calo del 5.83% da inizio anno ma in rialzo del 26.4% rispetto al minimo di aprile. Le azioni TXN hanno addirittura raggiunto il massimo storico (ATH) a 221.69 dollari a luglio.

Texas Instruments ha un utile per azione (TTM) di 5.28 e un rapporto prezzo/utili (TTM) di 33.46. Agli azionisti viene offerto un rendimento da dividendi del 3.22%. Il 16 ottobre, Texas Instruments ha dichiarato un dividendo trimestrale in contanti di 1.42 dollari per azione ordinaria. Il dividendo è stato aumentato del 4% il mese scorso, segnando 22 anni consecutivi di incrementi.

Risultati recenti (Q2 2025): Texas Instruments segnalati 4.45 miliardi di dollari di fatturato (+16% anno su anno, +9% trimestre su trimestre), circa 1.30 miliardi di dollari di utile netto e 1.41 dollari di utile per azione. Il management ha previsto un fatturato del terzo trimestre compreso tra 4.45 e 4.80 miliardi di dollari. Il flusso di cassa libero (TTM) è stato di circa 1.8 miliardi di dollari nel report del secondo trimestre 2025.

Conclusione

Mentre il mondo dell'aptica si espande e cresce, HydroHaptics rappresenta un cambiamento di paradigma in come toccheremo e saremo toccati dalla tecnologia. Combinando interfacce morbide e deformabili con un feedback di forza preciso, la tecnologia apre le porte a interazioni più ricche e naturali con i nostri dispositivi e ambienti. 

Dall'intrattenimento immersivo alla formazione medica e alle case intelligenti, questa tecnologia potrebbe ridefinire il modo in cui esseri umani e macchine comunicano.

Riferimenti:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., e Grossman, T. (2018). HydroRing: supporto per la realtà mista tramite l'utilizzo di flussi di liquidi. In Atti del 31° Simposio annuale ACM su software e tecnologia dell'interfaccia utente (UIST '18) (pp. 913–925). Associazione per i macchinari informatici. https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A., & Vardar, Y. (2025). Generazione di texture multimodali con un anello tattile idropneumatico morbido. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., e Harrison, C. (2023). Flat Panel Haptics: pompe elettroosmotiche integrate per display di forme scalabili. In Atti della conferenza CHI del 2023 sui fattori umani nei sistemi informatici (Articolo 745). Associazione per le macchine informatiche. https://doi.org/10.1145/3544548.3581547
4. Nash, JD, Sauvé, K., van Riet, CM, van Oosterhout, A., Sharma, A., Clarke, C., & Alexander, J. (2025). HydroHaptics: feedback di forza ad alta fedeltà su interfacce deformabili morbide mediante trasmissione idrostatica. In A. Bianchi, E. Glassman, WE Mackay, S. Zhao, J. Kim e I. Oakley (a cura di), Atti del 38° Simposio annuale ACM su software e tecnologia dell'interfaccia utente (UIST '25) (Articolo n. 59). Associazione per i macchinari informatici. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679