Hands On: Πώς οι τεχνολογίες Haptic θα φέρουν το άγγιγμα στο VR

Διαφήμιση

Σχεδόν όλα ΕΝΤΥΠΩΣΙΑΚΟ Γιατί η τεχνολογία εικονικής πραγματικότητας θα σας μυήσει σε 5 χρόνιαΤο μέλλον της εικονικής πραγματικότητας περιλαμβάνει παρακολούθηση κεφαλής, ματιών και έκφρασης, προσομοίωση αφής και πολλά άλλα. Αυτές οι εκπληκτικές τεχνολογίες θα είναι διαθέσιμες σε εσάς σε 5 χρόνια ή λιγότερο. Διαβάστε περισσότερα Η εργασία VR που έχει γίνει μέχρι σήμερα επικεντρώθηκε σε δύο μόνο αισθήσεις: την όρασή σας και την ακοή σας. Αυτό είναι ένα υπέροχο ξεκίνημα και αυτό που θα επιτρέψει πολλά ισχυρές εμπειρίες Το VR πρόκειται να αλλάξει για πάντα τη δημιουργία ταινιών: Δείτε πώςΗ εικονική πραγματικότητα είναι ένας νέος τρόπος επικοινωνίας με τον θεατή σας και πολλοί άνθρωποι με φόντο την παραδοσιακή παραγωγή ταινιών βρίσκουν τις δυνατότητες συναρπαστικές. Διαβάστε περισσότερα , αλλά είναι ατελές. Για να βυθίσετε πλήρως τους χρήστες σε διαδραστικά περιβάλλοντα εικονικής πραγματικότητας, είναι απαραίτητο να δημιουργήσετε περιφερειακά που θα εμπλέκουν πλήρως την αίσθηση της αφής σας.

Δυστυχώς, το άγγιγμα είναι πολύ πιο δύσκολο να ξεγελάσεις από το όραμα. Με την όραση, το μόνο υλικό που πρέπει να κάνει είναι να διακόπτει σήματα που ταξιδεύουν στα μάτια. Το δέρμα, σε αντίθεση, καλύπτει περίπου δύο τετραγωνικά μέτρα του σώματός σας και αρθρώνει πολύπλοκες αμφίδρομες αλληλεπιδράσεις με τον κόσμο.

Αυτό είναι το όργανο που προσπαθεί να ξεγελάσει η απτική τεχνολογία και είναι δύσκολο. Υπάρχουν μια σειρά περιφερειακών Το επόμενο βήμα στην εμβάπτιση εικονικής πραγματικότητας - Razer Hydra & The OmniΤώρα που το Oculus Rift βρίσκεται στα χέρια προγραμματιστών και ενθουσιωδών (διαβάστε την εκτενή κριτική μου για το Oculus Rift), οι εργασίες για την έκδοση για τους καταναλωτές βρίσκονται σε εξέλιξη. Αναπτύσσονται νέα παιχνίδια, υπάρχουν ... Διαβάστε περισσότερα που υπάρχουν για να βοηθήσουν στην οικοδόμηση της εμβάπτισης, αλλά κανένα διαθέσιμο τώρα δεν προσφέρει πραγματικά συναρπαστικές απτικές εμπειρίες.

Το πρόβλημα επιδεινώνεται επειδή η διέγερση του δέρματος δεν έχει μακρά ιστορία έρευνας που κάνουν οι οπτικές οθόνες. Η πρώτη χρήση μιας οθόνης σάρωσης για την εκ νέου δημιουργία μιας εικόνας ήταν το 1907 και χρειάστηκαν ερευνητές και μηχανικοί σχεδόν έναν ολόκληρο αιώνα, ώστε οι οθόνες να είναι μικρές και αρκετά ακριβείς για να προσφέρουν μια καλή εμπειρία εικονικής πραγματικότητας. Το αντίστοιχο ταξίδι, για αφή, ξεκινά μόνο τώρα.

Σε αυτό το άρθρο, θα εξερευνήσουμε ορισμένες τεχνολογίες που βρίσκονται σε εξέλιξη σήμερα, οι οποίες μπορούν να προσφέρουν κάποια αίσθηση αφής στους χρήστες εικονικής πραγματικότητας. Έχω ταξινομήσει τις τεχνολογίες με βάση την ποιότητα της εμπειρίας που μπορούν ενδεχομένως να προσφέρουν και πόση δουλειά χρειάζεται πριν μπορέσουν να εμπορευθούν.

Σιγοβροντώ

Ένας απλός τρόπος για να παρέχουμε στοιχειώδη ανατροφοδότηση δύναμης είναι με τη χρήση απλών δονητικών κινητήρων, του είδους που βρίσκεται στα πακέτα των σύγχρονων ελεγκτών βιντεοπαιχνιδιών. Αυτά αποκτούν μια νέα διάσταση στο VR, καθώς μπορούν να συσχετίσουν συγκεκριμένες συχνότητες και εντάσεις δόνησης με τα όρια των εικονικών αντικειμένων.

Οι χρήστες θα μπορούσαν να αισθανθούν ένα μικρό χτύπημα όταν αγγίζουν ένα αντικείμενο ή ένα στοιχείο διεπαφής χρήστη και έναν ισχυρότερο παλμό όταν το ενεργοποιούν (παρόμοιο με τη δύναμη ανάδρασης στις σύγχρονες οθόνες smartphone).

Αυτό το είδος ανατροφοδότησης θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά της υφής των επιφανειών. Με μονάδα ανάδρασης δύναμης σε κάθε δάχτυλο, όπως στην περίπτωση του Glove1, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για την πλοήγηση εικονικών διεπαφών με τα μάτια κλειστά. Τούτου λεχθέντος, αυτή η τεχνολογία παρέχει μια πολύ λιτή, λειτουργική προσέγγιση στο άγγιγμα, και δεν θα είναι ποτέ κάτι που δημιουργεί μια εμβάπτιση.

Haptics διάτμησης δέρματος

Η τεχνολογία διάτμησης του δέρματος βασίζεται σε ένα εκπληκτικό γεγονός σχετικά με την αίσθηση της αφής μας, δηλαδή ότι κρίνουμε κυρίως την ελαφριά, μη επώδυνη πίεση από το βαθμό στον οποίο ολισθαίνει το δέρμα μας (κάτι που μπορείτε εύκολα να δοκιμάσετε αγγίζοντας απαλά ένα σημείο στο δέρμα σας και σύροντάς το δάχτυλο.

Καθώς το δέρμα τεντώνεται, η αίσθηση της πίεσης αυξάνεται. Αυτό είναι βολικό, επειδή η κουρά του δέρματος είναι κάτι που είναι εύκολο να αναπαραχθεί μηχανικά και μπορεί παρέχει την ψευδαίσθηση της παρατεταμένης πίεσης, κάτι που δεν είναι δυνατό με μια απλή δόνηση μοτέρ.

Αυτή τη στιγμή, η πιο προηγμένη εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας είναι ο ελεγκτής Tactical Haptics, ο οποίος συνδέεται με το σύστημα ελέγχου κίνησης STEM και παρέχει τραχιά ανατροφοδότηση πίεσης σε απόκριση σε εικονικές αλληλεπιδράσεις όπως ανάκρουση όπλου, μετακίνηση ραβδιού μέσω υλικού και περιστροφή εικονικού βάρους σε εικονικό αλυσίδα.

Τα αποτελέσματα είναι εκπληκτικά πειστικά για την απλότητα του μηχανισμού. Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς να κατασκευάζει ένα γάντι που παρέχει αυτού του είδους τα σχόλια με μεγαλύτερη ακρίβεια, επιτρέποντας εικονικό αντικείμενα που έχουν πυκνότητα, αν όχι στερεότητα: τα αντικείμενα μπορεί να αισθάνονται σκληρά, απλά δεν θα μπορούν να σταματήσουν την κίνηση του το χέρι του χρήστη.

Αυτή είναι μια σημαντική βελτίωση, αν και έχει πολλούς από τους ίδιους περιορισμούς με την απλή τεχνολογία καθαρού δέρματος ξεγελάστε την αίσθηση της αφής, αλλά δεν μπορεί να ξεγελάσει την ιδιοδεξιότητα (η διαισθητική αίσθηση του πού βρίσκονται τα άκρα σας και πώς είναι κίνηση). Ακόμα κι αν το δέρμα του χρήστη τους πει ότι έχουν χτυπήσει κάτι στερεό, οι μύες τους γνωρίζουν ότι το χέρι τους κινείται ρευστά μέσα από αυτό.

Ρομποτικά οπλισμοί

Αυτό είναι το μέρος όπου όλα αρχίζουν να γίνονται λίγο περίεργα. Ας υποθέσουμε ότι η τεχνολογία πρέπει να είναι σε θέση να εμποδίσει τους χρήστες να σπρώχνουν τα χέρια τους μέσα από αντικείμενα, για να δημιουργήσουν μια πιο συναρπαστική ψευδαίσθηση σταθερότητας. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να ασκήσετε δύναμη στο άκρο από κάποιο εξωτερικό πλαίσιο αναφοράς.

Ο απλούστερος τρόπος για να επιτευχθεί αυτό είναι να χρησιμοποιήσετε ρομποτική, η οποία προσκολλάται είτε στο σώμα σας είτε στο έδαφος, εμποδίζοντας την κίνησή της έξω από τα όρια της εικονικής γεωμετρίας.

Για ένα μόνο χέρι (επιτρέποντας στον χρήστη να αρπάξει και να νιώσει τη σταθερότητα των εικονικών αντικειμένων, μοιάζει κάπως έτσι.

Κάπως τρομακτικό, σωστά; Λοιπόν, υπάρχουν πολλά πράγματα που ακόμα δεν μπορούν να κάνουν το γάντι. Τι γίνεται αν το αντικείμενο που αγγίζετε είναι βαρύ; Τι γίνεται αν είναι κάτι συμπαγές, όπως ένας τοίχος, που πρέπει να αντισταθεί σε κινήσεις από τους ώμους και τους αγκώνες, καθώς και τον καρπό και τα δάχτυλα; Λοιπόν, τότε χρειάζεστε κάτι σαν αυτό:

Ο ιστότοπος του cyberglove δεν αναφέρει μια τιμή για τη συσκευή στο παραπάνω βίντεο, αλλά άλλα συστήματα όπως αυτή φτάνουν τις εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια. Μέρος αυτού του λόγου είναι ότι μόνο λίγες βιομηχανικές και στρατιωτικές οργανώσεις αγοράζουν πραγματικά αυτές τις συσκευές (και σε πολύ μικρό αριθμό), γεγονός που αυξάνει την τιμή.

Το άλλο μέρος είναι ότι αυτά είναι πραγματικά εντυπωσιακά κομμάτια εξοπλισμού σε τεχνικό επίπεδο. Σκεφτείτε τι είναι απαραίτητο για να παρέχετε μια πειστική εμπειρία απτικής ανατροφοδότησης σχετικά με το άγγιγμα ενός συμπαγούς αντικειμένου. Εάν ο χρήστης ακουμπήσει το χέρι σε έναν εικονικό τοίχο και σπρώξει, το σύστημα πρέπει να ανιχνεύσει την κίνηση, να συμβουλευτεί την προσομοίωση για να διαπιστώσει ότι αυτοί αγγίζουν ένα συμπαγές αντικείμενο, στη συνέχεια μετακινούν φυσικά (και ρευστά) τον οπλισμό για να αντισταθούν στην κίνηση και να επιστρέψουν το χέρι του χρήστη στην αρχική του θέση.

Όλα αυτά πρέπει να επιτευχθούν προτού ο εγκέφαλος καταλάβει ότι η κίνηση έχει ξεκινήσει. Αυτή είναι μια τεράστια τεχνική πρόκληση και ακόμη και το καλύτερο υλικό σήμερα δεν το επιτυγχάνει τέλεια.

Ο άλλος περιορισμός εδώ, εκτός από τις προκλήσεις της μείωσης του κόστους κατασκευής σε αποδεκτό επίπεδο, έχει να κάνει με την ευκολία της τεχνολογίας. Η κυριολεκτική δέσμευση του εαυτού σας σε ένα περίτεχνο και ισχυρό μηχανικό οπλισμό έχει σημαντικά ψυχολογικά εμπόδια που σχετίζονται με αυτό. Είναι αμφίβολο εάν οι χρήστες θα είναι διατεθειμένοι να αντιμετωπίσουν αυτό το είδος ταλαιπωρίας σε τακτική βάση, ακόμη και αν η τεχνολογία είναι αρκετά εξελιγμένη για να προσφέρει μια καλή εμπειρία.

Η πλησιέστερη τεχνολογία που έχει αναπτυχθεί σε επίπεδο καταναλωτή είναι με τη μορφή συσκευές όπως Αγγίξτε κάτι που δεν υπάρχει - Haptic Technology [MakeUseOf Explains]Haptics είναι η τεχνολογία της αφής. Στο πλαίσιο ενός εικονικού περιβάλλοντος, θα σήμαινε ότι μπορείς να αγγίζεις και να νιώθεις κάτι που κυριολεκτικά δεν υπάρχει, αλλά σίγουρα δεν είναι η μόνη χρήση του. Από... Διαβάστε περισσότερα το γεράκι Novint. Το Falcon δεν είναι μια συσκευή εικονικής πραγματικότητας ως τέτοια, δεδομένου ότι ο χώρος εργασίας του είναι μια σφαίρα μόνο λίγες ίντσες απέναντι - αυτό Ωστόσο, παρέχει υψηλής ακρίβειας, ανατροφοδότηση δύναμης τριών αξόνων, και είναι η μόνη συσκευή σε σημείο τιμής καταναλωτή Έτσι.

Η Novint εργάζεται για ένα εξωσκελετό με βάση το χέρι που ονομάζεται Xio για λίγο, αν και αυτό το έργο φαίνεται να βρίσκεται σε αδράνεια προς το παρόν, μετά από τα οικονομικά προβλήματα της εταιρείας.

Δυνητικά, αυτά τα είδη οπλισμών θα μπορούσαν να γίνουν απλούστερα και φθηνότερα μέσω της χρήσης ηλεκτροδραστικών πολυμερών - τεχνητών «μυών» κατασκευασμένο από πλαστικά που συστέλλονται σε απόκριση του ηλεκτρικού ρεύματος και είναι γενικά φθηνότερα και πιο συμπαγή από τους αντίστοιχους γραμμικούς κινητήρες.

Ακουστικά σχόλια

Μια εντελώς ανεξάρτητη προσέγγιση στο πρόβλημα είναι η χρήση σταδιακών δικτύων υπερήχων για τη δημιουργία πυκνών μοτίβα παρεμβολών στον αέρα, τα οποία καταγράφονται από το δέρμα ως στερεά, και μπορούν να παρέχουν πραγματικά αντίσταση. Η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προβολή εικονικών τρισδιάστατων αντικειμένων στον αέρα που μπορούν να αγγίξουν οι χρήστες, με τους κόμβους των τεμνόμενων κυμάτων πίεσης να παράγουν πραγματική δύναμη στα χέρια του χρήστη.

Στην πρώτη ρουζ, αυτό μπορεί να φαίνεται να είναι η μαγική σφαίρα για απτική ανατροφοδότηση VR. Δυστυχώς, υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί. Η ανάλυση περιορίζεται από την απόκριση συχνότητας των ηχείων, καθώς και από τον αριθμό αυτών: η δυνατότητα κάλυψης μιας μεγάλης χωρικής περιοχής δεν είναι απαραίτητα πρακτική.

Το πιο σημαντικό, υπάρχει σημαντική «διαρροή» - η ακουστική ενέργεια σχηματίζει ακούσιους κόμβους και ημι-κόμβους στο χώρο γύρω από το οποίο δημιουργούνται εκούσια μοτίβα (κάτι που μπορείτε να δείτε το λάδι). Οι πιέσεις που παράγονται από αυτό το σύστημα είναι πολύ αχνές: προσπαθώντας να τις κλιμακώσουν σε όγκους που θα μπορούσαν να ασκήσουν πολλαπλάσια λίβρες πίεσης στο σώμα σας θα συνεπαγόταν μια τεράστια ποσότητα ενέργειας και θα μπορούσε να είναι φυσικά επικίνδυνο χρήστες.

Νευρική διέγερση

Τέλος, θα αφιερώσουμε λίγο χρόνο για να μιλήσουμε για μια πιο κερδοσκοπική τεχνολογία. Ένας τρόπος (μερικοί άνθρωποι θα υποστήριζαν τον απόλυτο τρόπο) να αλληλεπιδράσουν με την αίσθηση της αφής είναι να διεγείρουν άμεσα τα νεύρα στα χέρια, τη σπονδυλική στήλη ή τον εγκέφαλο του χρήστη. Κάνοντας αυτό, είναι δυνατόν να ξεγελάσετε το άγγιγμα, την ιδιοδεκτότητα, τα εννέα ναυπηγεία - συμπεριλαμβανομένων των αισθήσεων όπως η θερμοκρασία που μπορεί να μην είναι πρακτικό να επιτευχθεί με ένα κοστούμι ή ρομποτικό οπλισμό. Δυνητικά, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να το κάνουν όλα αυτά χωρίς να απαιτούν τα δυσκίνητα κοστούμια ρομπότ ή σταδιακά ακουστικά πλέγματα.

Έχει ήδη γίνει κάποια δουλειά σε αυτό το μέτωπο στον τομέα των προσθετικών άκρων, αγγίζοντας άμεσα σε κομμένα νεύρα για να στείλει σήματα πίσω από αισθητήρες στην πρόθεση, για να δημιουργήσει μια συνθετική αίσθηση αφή.

Η διέγερση του εγκεφάλου μπορεί να παρέχει παρόμοια ανατροφοδότηση. Το βασικό πρόβλημα με αυτές τις τεχνολογίες είναι ότι απαιτούν αρκετά επεμβατική χειρουργική επέμβαση για να είναι σε θέση να εγκαταστήσουν τις διεπαφές των νεύρων - χειρουργική επέμβαση που είναι απαράδεκτα επικίνδυνη σε υγιείς ανθρώπους. Είναι επίσης αρκετά ακατέργαστοι και χονδροειδείς, όσον αφορά την ακρίβεια των σχολίων.

Προκειμένου αυτά να είναι πρακτικά ως παράδειγμα απτικής διεπαφής, πρέπει πραγματικά να είστε σε θέση να λάβετε την ανάλυση της διεπαφής ηλεκτροδίου πολύ πιο λεπτή και να μειώσετε την επεμβατικότητα της διαδικασίας. Υπάρχουν μερικές προσεγγίσεις εδώ, που κυμαίνονται από νανοτεχνολογία Πώς η νανοτεχνολογία αλλάζει το μέλλον της ιατρικήςΤο δυναμικό της νανοτεχνολογίας είναι άνευ προηγουμένου. Οι πραγματικοί καθολικοί συναρμολογητές θα οδηγήσουν σε μια βαθιά αλλαγή στην ανθρώπινη κατάσταση. Φυσικά, υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος. Διαβάστε περισσότερα ναι οπτογενετική Έλεγχος εγκεφάλου με φως: Είναι δυνατό με την οπτογενετικήΤα τελευταία χρόνια, αναδύεται μια νέα τεχνική που ονομάζεται «οπτογενετική», η οποία μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να αποκαλύψουν τα μυστικά του εγκεφάλου (και να θεραπεύσουν τις διαταραχές του) με έναν εντελώς νέο τρόπο. Διαβάστε περισσότερα , αλλά φαίνεται ασφαλές να πούμε ότι τα μεγάλα επιτεύγματα είναι απίθανο τα επόμενα χρόνια.

Το μέλλον της αφής

Είναι ακόμα πρώιμες μέρες για την εικονική πραγματικότητα και δεν υπάρχει ακόμη ευρεία ζήτηση των καταναλωτών για απτικές διεπαφές - αλλά θα υπάρξει. Μόλις τώρα ξεκινά η τεράστια χρυσή καινοτομία εικονικής πραγματικότητας και είναι πιθανό να δούμε όλες αυτές τις τεχνικές να βελτιώνονται μαζικά τα επόμενα χρόνια.

Τούτου λεχθέντος, καμία από τις τρέχουσες τεχνολογίες δεν φαίνεται τέλεια. Όλοι τους έχουν τουλάχιστον ένα σοβαρό μειονέκτημα, είτε όσον αφορά την ποιότητα της αίσθησης που μπορούν να παρέχουν, είτε τα εμπόδια στη χρήση τους. Είναι απολύτως πιθανό ότι η τελική «τέλεια» λύση στην είσοδο VR δεν έχει επινοηθεί ακόμη. Εάν συμβαίνει αυτό, ανυπομονώ να δω τι έρχονται οι προγραμματιστές στη συνέχεια.

Είστε ενθουσιασμένοι για απτικές διεπαφές VR; Υπάρχει ένα συναρπαστικό προϊόν ή τεχνολογία που δεν καλύψαμε εδώ; Ενημερώστε μας στα σχόλια!

Συντελεστές εικόνας: Χέρι πιάσιμο Μέσω του Shutterstock