Перчатка для виртуальной реальности, которой (все еще) нет :)⁠⁠

Вспомнил про свой древний пост, и решил накатать небольшое продолжение, которое было получено и успешно заброшено))
Вкратце - мы тогда проводили небольшое исследование по теме актуальности такой VR-приблуды, как перчатки. Проводили мы его в рамках акселерации проекта в университетском стартап-центре, потому что почему бы и нет :) но сейчас не об этом, а о техническом решении, которое в целом родилось благодаря этой теме и стало потом темой моей ВКР в бакалавриате; может быть, кто-то даже подсмотрит и реализует в своем проекте.

Любая VR-перчатка - это устройство, считывающее тем или иным способом положение руки/пальцев в пространстве относительно друг друга и позволяющее управлять каким-либо процессом внутри виртуального пространства. Если смотреть шире, то это устройство можно применить не только в VR, но и для дистанционного управления различными станками, устройствами (у нас, например, была идея управлять светом на сцене или создавать музыкальные композиции). Соответственно, одна из самых важных частей такой перчатки - датчик изгиба, считывающий угол сгиба пальцев. Вот про него я вкратце и расскажу :)

Самый первый прототип был естественно собран на обычных DIY-датчиках - трубка от капельницы, светодиод, фототранзистор. Смысл таких датчиков изгиба в следующем: у нас есть прозрачный световод, в который мы запихиваем излучение от светодиода. Свет распространяется вдоль световода и попадает на фототранзистор с некоторой интенсивностью. При изгибе световода интенсивность падает, показания тока фототранзистора тоже, исходя из этого можно построить некую характеристику-зависимость тока от угла изгиба.

Добавляем сюда АЦП, микроконтроллер и вуаля - с этим можно работать. Пришиваем на перчатку для теста, пишем простенький код и тестируем:

Тут уже есть некоторые доработки в виде экранировки датчика термоусадкой (для того, чтобы он меньше воспринимал окружающий свет). В качестве обработки - классическая ардуина. Сохранилось даже видео тестирования, здесь проверяем чисто ВКЛ-ВЫКЛ по уставке: видео тестирования внутри диалога ВК и сюда не прикрепляется :(

Основные минусы такого датчика - размер и громоздкость, ибо полноразмерный светодиод на пальце - то еще удовольствие. Трубка от системы, кстати, тоже фиговый вариант - со временем она заминается в одном месте и датчик начинает как минимум врать.

Дальше пришла идея сделать планарный датчик, а вместе с ней и понимание, как уменьшить все это дело: достаточно применить SMD! Берем в магазине ИК-светодиоды и фототранзисторы типоразмера 0805 и собираем второй первый прототип:

По ощущениям было уже заметно лучше, но душа и диплом требовали чего-то большего и инженерного. Поэтому сокращаем длину датчика, берем листовой силикон и шлейф, попавшийся под руку.

Уже теплее! на этом моменте стало понятно, что подложка для световода это суперкруто, поэтому закупаем фольгированный полиимид (из него делают шлейфа), проектируем топологию печатной платы и творим:

В итоге имеем: достаточно миниатюрный оптический датчик изгиба, в качестве световода - листовой силикон; оптопара собрана на фототранзисторе и ИК-светодиоде 0805 размера и прикреплена к гибкой плате; на жесткой части платы необходимые компоненты для запихивания сигнала датчика в АЦП. Гнуть можно было вплоть до 180 градусов, но уже жестковато; да и если сустав пальца так гнется, значит вам пора в больницу. Тесты показали практически полную линейность показаний на диапазоне 0-180 градусов (один из преподавателей, работающий с оптоволоконными датчиками изгиба не поверил), однако материал все-таки имел минусы - инерционность. Чтобы с достаточной скоростью обрабатывать движения пальцев, нужно жестко связывать концы датчика с самим пальцем - на перчатке же периодически возникает достаточно большой лаг. Однако этого вполне хватило, чтобы написать и защитить ВКР :)

В целом, такой датчик оказался весьма интересным для диайвая - чуйки хватало, чтобы сделать на нем даже датчик веса (груз через рычаг давил на сам световод - на основе этого был собран макет автоматики наполнения бака жидкостью с отсечкой по объему).

Дальнейшая итерация датчика с применением оптопары типоразмера 0603 была собрана в одном экземпляре (в ней световод был уже не из листового силикона, а был создан с нуля при помощи сантехнического силиконового герметика) иии... пока она сохла в клубе, на нее положили блок питания :( в итоге я успешно забил на этот проект и пока к нему не возвращался.

Вот такой спонтанный пост получился, кому интересно почитать чуть подробнее (даже с чертежами) - можно найти в интернете текст ВКР ну или спросите в комментариях)