1.2
Quadro delle attività svolte
La prima importante indagine svolta è stata definire i confini della ricerca che ci apprestavamo a svolgere: il primo passo è stato, quindi, creare un background di conoscenze neurofisiologiche che consentisse di affrontare il problema della percezione tattile.
È stato dunque condotto uno studio preliminare sulla morfologia tissutale della pelle umana e sulla fisiologia dei principali sensori, relativamente agli strati della pelle nei quali sono ospitati, ed alle funzioni da essi svolte durante l’esplicarsi d’una qualsiasi azione che implichi contatto.
A ciò ha fatto seguito uno studio della psicofisica della percezione umana con lo scopo di investigare se, fra i meccanismi della percezione tattile, vi fossero alternative più convenienti alla riproduzione della morfologia dell’oggetto da simulare per indurre nell’utente sensazioni verosimili.
Una volta compresi, col dettaglio sufficiente, il funzionamento del tatto e la logica della percezione, l’attenzione è stata rivolta alle possibilità di sviluppare un display tattile che rispondesse alle richieste di cui al paragrafo 1.1.
Analizzato lo stato dell’arte degli attuatori tattili per ottenere riferimenti relativi a tecnologie utilizzate e prestazioni ottenute, si è potuto definire il tipo di attuatore: nel nostro caso un array bidimensionale di attuatori semplici solidale ai polpastrelli.
Le dimensioni di cui si tratta, quand’anche non microscopiche, escludono costruzioni meccaniche tradizionali ed hanno suggerito l’uso dei cosiddetti smart materials: materiali che per loro natura reagiscono a stimoli esterni con azioni macroscopiche di trasformazione d’energia come i piezoelettrici1, i magnetostrittivi, i magnetoreologici e così via.
Questa fase ha portato a identificare nei piezoelettrici i materiali più adatti.
1 I materiali piezoelettrici attuano una corrispondenza fra una differenza di potenziale elettrico
ed una deformazione meccanica, i magnetostrittivi variano la propria dimensione quando immersi in un campo magnetico, i magnetoreologici (e gli elettroreologici) sono materiali compositi la cui viscosità può esser variata con un campo magnetico (o elettrico).
Ipotizzato un attuatore ultrasonico a tre gradi di libertà con uno statore ed un rotore, si è cercata la forma che permettesse il più fitto impacchettamento in un pattern, quindi se ne è studiata la geometria, col fine di ottenere un layout ordinato e facilmente ripetibile;
in questa fase sono state escluse configurazioni alternative sulla base di considerazioni di minor ingombro, maggior numero di gradi di libertà ottenibile, miglior regolarità di funzionamento, semplicità di realizzazione;
è stata condotta un’analisi FEM dei materiali piezoelettrici da utilizzare nelle parti mobili dell’attuatore per ottenere un modello FEM confidente con i dati forniti dal produttore dei PZT;
sulla base di quest’analisi, è stato fatto un modello dell’attuatore del quale, col programma di analisi ad elementi finiti ANSYS 5.5 sono state condotte un’analisi strutturale per conoscere tensioni e deformazioni della struttura mobile e l’analisi modale per ottenerne i modi propri di vibrare e le frequenze proprie.
Successivamente è stata studiata la cinematica dell’attuatore nelle sue parti, fissa e mobile per ottenere le prestazioni dell’attuatore in termini di velocità della parte mobile.
Una più precisa caratterizzazione ha poi richiesto un’analisi dei fenomeni attesi nella zona di contatto fra rotore e statore - sede di necessari fenomeni di stick slip -, creando gli strumenti di progettazione necessari alla successiva fase di dimensionamento2.
