Steven Spielbergi 2018. aasta filmis „ Valmis mängija üks”, mis põhineb Ernest Clinei 2011. aasta raamatul, sisenevad inimesed virtuaalse reaalsuse ümbritsevasse maailma, mida nimetatakse OASIS. Mis selles ulmefilmis futuristlikku tehnikat kõige enam haaras, polnud VR-prillid, mis ei tundu nii kaugel praegu Oculuse, HTC ja teiste müüdavatest peakomplektidest. See oli nägemisest ja helist kaugemale ulatuva mõtte sidumine: puudutus.
Tegelased kandsid tagasisidet kandvaid kindaid, mis võimaldasid neil tunnetada enda käes kujuteldavaid esemeid. Nad võiksid minna üle kogu keha ülikondadesse, mis taasesitasid löögi jõudu rinnale või paitusid. Ja siiski ei pruugi ka need võimalused olla nii kaugel, kui me ette kujutame.
Me tugineme pidevalt puutetundlikule või „haptilisele“ teabele viisil, mida me isegi teadlikult ei tunne. Naha, liigeste, lihaste ja elundite närvid räägivad meile, kuidas meie keha on paigutatud, kui tihedalt me midagi kinni hoiame, milline on ilm või kuidas kallimale ilmneb kallistusega kiindumus. Kogu maailmas töötavad insenerid nüüd realistlike puutetundlikkuse taastamiseks videomängude ja muu jaoks. Inimese ja arvuti vahelise interaktsiooni puudutamine parandaks robotite juhtimist, füüsilist rehabilitatsiooni, haridust, navigeerimist, suhtlemist ja isegi veebipoes ostmist.
"Varem on haptikumid olnud asjade märgatavaks tegemisel hea, kui teie telefonis on vibratsioon või mängukontrollerite müristamispakid, " ütleb Lõuna-California ülikooli arvutiteadlane Heather Culbertson. "Kuid nüüd on toimunud nihe asjade loomise poole, mis tunnevad end loomulikumana, mis jäljendavad rohkem looduslike materjalide ja looduslike koosmõjude tunnet."
Tulevik pole lihtsalt helge, vaid ka tekstuuriline.
* * *
Haptikaseadmed võib jagada kolme peamisse tüüpi: haaratavad, kantavad ja puudutatavad. Haarake mõtlemiseks juhtkangid. Üks selge rakendus on robotite töös, nii et operaator saab tunda, kui suurt vastupanu robot surub.
Võtke kirurgilisi roboteid, mis võimaldavad arstidel tegutseda teisest maailmast või manipuleerida liiga väikeste või kätega liiga kitsastes ruumides töötavate tööriistadega. Arvukad uuringud on näidanud, et hüptilise tagasiside lisamine nende robotite juhtimisele suurendab täpsust ning vähendab kudede kahjustusi ja operatsiooni aega. Ka haptilise tagasiside abil saavad arstid treenida patsiente, kes eksisteerivad ainult virtuaalses reaalsuses, saades samas tõelise lõikamise ja õmblemise tunde. Üks Culbertsoni õpilastest töötab praegu välja hammaste simulaatoreid, nii et hambaarstiüliõpilase esimene vigane puurimine pole päris hambal.
Insenerid ehitavad süsteeme realistlike puutetundlikkuse edastamiseks videomängudele, robotjuhtimisseadmetele ja muule koos paljude võimalike rakendustega. (Teadliku ajakirja viisakalt) Pommide hajutamiseks või inimeste kokkukukkumisest varisenud hoonetest oleks abi ka teie käsu all oleva roboti tundmaõppimisest. Või satelliidi parandamiseks ilma kosmoserajale sobivaks. Isegi Disney on inimese ja roboti turvaliseks interaktsiooniks uurinud haptilisi telepresents-roboteid. Nad töötasid välja süsteemi, milles on pneumaatilised torud, mis ühendavad humanoidi robotkäsi inimese käsitsemiseks mõeldud peeglikomplektiga. Inimene saab peegli robotiga manipuleerida, et esimene robot hoiaks õhupalli, võtaks muna või patsutaks lapse põskedele.
Väiksemas plaanis on Lausanne'i Šveitsi föderaalses tehnoloogiainstituudis (EPFL) asuv robotist Jamie Paik on välja töötanud kaasaskantava haptilise liidese nimega Foldaway. Ruudukujulise joogikande suuruse ja kujuga seadmetel on kolm hinge, mis avanevad keskelt kokku. (Labori postdoktor Stefano Mintchev nimetab neid „miniaturiseeritud origami-robotiteks”.) Väikese plastist käepideme võib kinni kleepida, kui relvad kokku saavad, luues juhtmõõtme, mis toimib kolmes mõõtmes - ja käed lükatakse tagasi, et anda kasutaja saab aru objektidest, mille vastu nad lükkavad. Demos on meeskond kasutanud seadmeid õhust drooni juhtimiseks, virtuaalsete objektide pigistamiseks ja virtuaalse inimese anatoomia kuju tundmiseks.
Haptikute haaramisel on teatud väljakutseid, mis võivad tunduda ületamatud - näiteks kuidas pakkuda kaalutundeta digitaalseid esemeid haarates ja tõstes? Kuid neuroteaduste uurimisega on inseneridel õnnestunud leida paar lahendust. Culbertson ja tema kolleegid töötasid gravitatsiooniprobleemi jaoks välja seadme Grabity. See on omamoodi vise, mille üks haarab ja pigistab, et korjata virtuaalseid objekte. Lihtsalt teatud viisidel vibreerides võib see luua kaalu ja inertsuse illusiooni.
Kuid "aju lollitamine läheb ainult nii kaugele, " ütleb Northwesterni ülikooli mehaanikainsener Ed Colgate, kes töötab haptikas. Vahel on ebaühtlasi illusioone murda. Tema meelest peavad insenerid pikas perspektiivis võimalikult tõetruult taastama reaalse maailma - kaalu ja kõigi teiste - füüsika. "See on tõesti raske probleem."
Haaratav haptiline seade nimega Grabity (alt) pakub virtuaalsete objektide käsitsemiseks kaalu ja inertsuse illusiooni. Siin jäljendab see ploki tunnet (ülalt). (Stanfordi kujulabori viisakalt) Haaratavad seadmed kasutavad sageli ära kinesteetilisi aistinguid: mitte ainult meie naha, vaid ka lihaste, kõõluste ja liigeste närvide vahendatud liikumistunne, asend ja jõud. Kandvad seadmed seevastu sõltuvad tavaliselt naha närvide vahendatud puutetundlikkusest - rõhust, hõõrdumisest või temperatuurist.
Sõrmele kantakse mitmesuguseid katseseadmeid, surudes sõrmepadjale erineva jõu astmega, kui üks puutub kokku virtuaalreaalsuse objektidega. Kuid uus seade pakub samasugust tagasisidet ilma sõrmepatja katmata. Selle asemel on see kulunud, kui võib kanda rõngast ja sisaldab mootoreid, mis venitavad naha alla. See võimaldab sõrmedel vabalt suhelda reaalajas asuvate objektidega, tundes samas virtuaalseid objekte - kasulik funktsioon nii mängude kui ka tõsiste rakenduste jaoks.
Ühes testis võis inimene käes hoida tõelist kriiditükki ja tunda survet, kui nad „kirjutasid” virtuaalsele kriiditahvlile haptilise illusiooni alusel: kui nad nägid samaaegselt kriiti tahvliga kokku puutuvat ja tundsid, et nende nahk oli venitatud, lollitati neid. tunnete survet nende sõrmeotstes.
Tavaliselt suhtlevad kantavad haptilised seadmed vibratsiooni kaudu. Culbertsoni laboris töötab näiteks käepael, mis juhendab kandjat, vibreerides suunas, kuhu ta peab pöörduma. Ja Stanfordi neuroteadlase David Eaglemani asutatud ettevõte NeoSensory töötab välja 32 vibratsioonimootoriga vesti, mida esitleti HBO ulmeseeria Westworld episoodis, kus see nähtavasti aitas tegelastel tuvastada vaenlaste lähenemise suunda.
Vesti üks esimesi tõelisi rakendusi on heli tõlkimine puutetundlikuks, et kõnekeel oleks sügava või täieliku kuulmislangusega inimestele paremini mõistetav. Eagleman tegeleb ka visuaalse maailma aspektide tõlkimisega vibratsiooniks pimedatele inimestele. Muud jõupingutused hõlmavad abstraktsemat teavet, näiteks turu- ja keskkonnaandmeid - ruudustiku asemel, mis näitab, kus asjad asuvad, võib keerukas vibratsioonimuster näidata tosina aktsia hinda.
See pilt näitab kehale vastavat pehmet ja elastset nahka meenutavat materjali, mis on ette nähtud kantavate haptikaseadmete jaoks. Anduri ja ajami kihid eraldatakse silikooni kihtidega. Andurikihis viib pliitsirkonaattitanaat (PZT) jõud arvuti jõudmiseks elektrilaenguni. Täiturme kiht sisaldab pisikesi taskuid, mis võivad täituda õhuga mitu korda sekundis, et vibreeritavat tagasisidet kasutajale edastada. (Kohandatud raamatust HA Sonar jt / Frontiers in Robotics and AI 2016) Vibratsioonimootorid võivad olla mahukad, nii et mõned laborid töötavad välja mugavamaid lahendusi. Paiku EPFL-i laboris töötab pehme pneumaatilise ajamiga (SPA) nahk - vähem kui 2 millimeetri paksune painduva silikooni leht, millel on pisikesed õhutaskud. Neid saab sõltumatult täis pumbata ja tühjendada kümneid kordi sekundis ja toimida seeläbi puutetundlike elementide pikslitena või „taksotena”, luues sensatsioonivõrgu. Need võivad pakkuda selliseid tundeid, nagu ülikond pakutakse rakenduses Ready Player One, või tagasisidet robotite või proteesitavate jäsemete paigutuse kohta. SPA-nahale kinnitatakse ka andurid, mis on valmistatud uuest korrosioonikindlast metallisulamist, mis võimaldab sama nahka kasutada arvuti sisestuseks, kui kasutaja seda pigistab.
Novasentisega on loodud ka õhem, vähem kui poole millimeetri paksune, haptiline kile, mille on loonud Novasentis ja mis on valmistatud polüvinülideenfluoriidplasti uuest vormist, mis tasakaalustab tugevuse, painduvuse ja elektrilise reageerimise. Kui kile kihitakse elastse materjali lehe ühel küljel ja sellele rakendatakse elektrilaengut, kile tõmbab ja painutab lehte, avaldades survet nahale. Novasentis pakub materjali nüüd seadmetootjatele, kes panevad selle virtuaalse reaalsuse ja mängude kinnastesse.
„Saate vahet veel, liival ja kivimil, “ ütleb ettevõtte turunduse asepresident Sri Peruvemba. VR-disainerid võiksid luua ka abstraktsemaid esitusi, näiteks sensatsiooni edastatud sõnumeid mängu oleku kohta. "Saame oma tehnoloogia abil luua terve haptiseeriva keele, " ütleb Peruvemba.
Vibratsioon võib tekitada teist laadi haptiline illusioon: tõmmetunne. Kui seade, mis vibreerib naha pinnaga paralleelselt edasi-tagasi, liigub kiiresti ühes suunas ja aeglaselt teist pidi, mitu korda sekundis, siis on tunne, nagu tõmbaks nahka esimeses suunas.
Kuigi enamus kantavaid esemeid kasutab taktiilset sensatsiooni, saavad nad kasutada ka kinesteetilise sensatsiooni sisestamist lihase-liigese-kõõluse jaoks. Insenerid on välja töötanud robotite eksoskeletid, omamoodi andurite ja mootoritega keha külge kinnitatud tellingud, mis võivad aidata halvatud inimestel kõndida, anda sõduritele ülitugevust ja lasta inimestel roboteid distantsilt juhtida. EPFLi laboris on välja töötatud FlyJacket, mida üks kannab käsi sirgelt külgedele, mis on kolbidega vöökohaga ühendatud. See ei tundu eriti lendav, kuid võimaldab inimestel õhusõidukite droone kontrollida, liigutades käsi ja keerutades torsosid. Kui droon tunneb tuuleiili, teete seda ka.
Viimaseks seadmekategooriaks on puudutatavad liidesed, näiteks nutitelefoni ekraanid, mis rakendusel klõpsamisel annavad väikese tõmbluse. Culbertsoni teos tõukab kaugemale lihtsatest konarustest ja buzzidest. Ta simuleerib pindade tekstuuri, kasutades seda, mida ta nimetab andmepõhiseks haptikuks. Selle asemel, et kirjutada keerulisi algoritme või füüsikalisi mudeleid, et tekitada reaalseid simuleerivaid vibratsioone, registreerib ta selle, mis juhtub, kui midagi lohistatakse erinevatele kangastele või muudele materjalidele erineva kiirusega ja surved. Siis ta mängib pinna abil vibratsiooni, kui pliiats selle peale lohistatakse. Rakendused võivad hõlmata veebipoes ostmist ja virtuaalmuuseume.
Puutuv puutetundlik seade võimaldab kasutajal „tunda“ erinevaid tekstuure sõltuvalt sellest, milliseid vibratsiooni mustreid pliiatsi kaudu edastatakse. Vibratsioon muutub sõltuvalt pliiatsi liigutamise kiirusest või sellest, kui suurt survet kasutaja rakendab. Eesmärk on pindade kareduse, kareduse ja libeduse realistlik simuleerimine. (Heather Culbertsoni viisakalt) Puudutavad pinnad võimaldavad ka teatud tüüpi illusioone. Näiteks ütleb Culbertson, et nupu klõpsamise heli mängimine nupu pilti koputades annab tunda, justkui nupp tegelikult klõpsaks. Ekraani deformeerumine sõrme all võib selle pehmemaks muuta. Inimesed konstrueerivad taju, sidudes omavahel nägemise, heli, puudutuse, maitse ja lõhna - ja nagu Culbertson ütleb: "See on tõesti lihtne oma aju lollitada, kui teie meelte erinevus on erinev."
VR-i realistlikud haptikad võivad olla igavesti kohmakad ja kallid. Või võib tehnoloogia muuta Ready Player One'i üsnagi omanäoliseks. Mõlemal juhul, nagu näeme selliste beebisammude korral nagu videomängukontrollerite ja lõputult vibreerivate telefonide ja kellade laialivalguv müristamine, jäävad siia haptilised seadmed, lisades meie digitaalele uue mõõtme.
Ajakiri "Knowable Magazine" on aastaaruannete sõltumatu ajakirjanduslik ettevõtmine. 
