Käytännössä: Kuinka Haptic Technologies tuo kosketusta VR: hen

Mainos

Lähes kaikki vaikuttava Miksi virtuaalitodellisuustekniikka puhaltaa mieltäsi 5 vuodessaVirtuaalitodellisuuden tulevaisuus sisältää pään, silmän ja ilmaisun seurannan, simuloidun kosketuksen ja paljon muuta. Nämä uskomattomat tekniikat ovat saatavilla sinulle enintään viidessä vuodessa. Lue lisää Tähän mennessä tehty VR-työ on keskittynyt vain kahteen aistiin: näkemäsi ja kuulosi. Se on hieno alku, ja se mahdollistaa paljon voimakkaita kokemuksia VR aikoo muuttaa elokuvien valmistusta ikuisesti: NäinVirtuaalitodellisuus on uusi tapa kommunikoida katsojasi kanssa, ja monet perinteisen elokuvan taustalla olevat ihmiset löytävät mahdollisuudet jännittäviksi. Lue lisää , mutta se on epätäydellinen. Jotta käyttäjät voisivat täysin upota vuorovaikutteisiin virtuaalitodellisuusympäristöihin, on välttämätöntä rakentaa oheislaitteet, jotka kiinnittävät sinuun kosketustunnetta täysin.

Valitettavasti kosketuksella on paljon vaikeinta huijata kuin visio. Näön kanssa kaiken laitteiston on tehtävä keskeyttää silmiin kulkevat signaalit. Iho sen sijaan peittää noin kaksi neliömetriä vartaloasi ja ilmaisee monimutkaisia ​​kaksisuuntaisia ​​vuorovaikutuksia maailman kanssa.

Tämä on elin, jota haptinen tekniikka yrittää huijata, ja se on vaikeaa. Siellä on useita oheislaitteita Seuraava vaihe immersion virtuaalitodellisuudessa - Razer Hydra & The OmniNyt kun Oculus Rift on kehittäjien ja harrastajien käsissä (lue minun laaja katsaus Oculus Riftistä), kuluttajaversion valmistelu on käynnissä. Uusia pelejä kehitetään, olemassa olevia ... Lue lisää joita on olemassa upottamisen rakentamiseksi, mutta yksikään tällä hetkellä saatavilla olevasta ei tarjoa todella vakuuttavia haptisia kokemuksia.

Ongelma pahenee, koska ihon stimulaatiolla ei ole pitkää tutkimusta, jota optiset näytöt tekevät. Ensimmäinen skannatun näytön käyttö kuvan luomiseen oli vuonna 1907, ja se vei tutkijoita ja insinöörejä lähes täynnä vuosisataa saadaksesi näytöt riittävän pienet ja tarkkoja tarjoamaan hyvän virtuaalitodellisuuskokemuksen. Vastaava kosketusmatka on vasta alkamassa.

Tässä artikkelissa aiomme tutkia joitain kehitysvaiheessa olevia tekniikoita, jotka voivat tarjota VR: n käyttäjille kosketustavan. Olen luokitellut teknologiat sen kokemuksen laadun perusteella, jota ne mahdollisesti tarjoavat, ja kuinka paljon työtä tarvitaan ennen niiden kaupallistamista.

jylinä

Yksi yksinkertainen tapa antaa alkeellista voimapalautetta on käyttää yksinkertaisia ​​väriseviä moottoreita, sellaisia ​​kuin nykyaikaisten videopeliohjaimien rynnäkköpakkauksissa. Ne saavat uuden ulottuvuuden VR: ssä, koska ne kykenevät yhdistämään tietyt värähtelytaajuudet ja intensiteetit virtuaalisten esineiden rajoihin.

Käyttäjät voivat tuntea pienen välähdyksen koskettaessaan objektia tai käyttöliittymäelementtiä ja voimakkaamman pulssin, kun ne aktivoidaan (samanlainen kuin voimapalaute nykyaikaisissa älypuhelimen näytöissä).

Tällaista palautetta voitaisiin käyttää myös pintojen tekstuurin välittämiseen. Kun jokaisella sormella on voimapalautusyksikkö, kuten Glove1: ssä, tämä tekniikka voi olla hyödyllinen navigoinnissa virtuaaliliittymissä suljettujen silmien kanssa. Tämä tekniikka tarjoaa kuitenkin erittäin spartalaisen, toiminnallisen lähestymistavan kosketukseen, eikä se koskaan ole paljon upotuksen rakentaja.

Ihonleikkaushaptikot

Ihon leikkaustekniikka perustuu yllättävään tosiseikkaan kosketustietomme suhteen, toisin sanoen, että tuomitsemme pääasiassa kevyen, ei-tuskallisen paineen missä määrin ihomme liukuu ympäri (jota voit helposti testata koskettamalla kevyesti ihon pistettä ja liu'uttamalla sormi.

Kun iho venyy, paineen tunne kasvaa. Tämä on kätevää, koska ihon leikkaus on jotain, mikä on helppo toistaa mekaanisesti ja pystyy tarjota illuusio jatkuvasta paineesta, mikä ei ole mahdollista yksinkertaisella tärinällä moottori.

Tällä hetkellä tämän tekniikan edistynein toteutus on Tactical Haptics -ohjain, joka kiinnittyy STEM-liikkeenohjausjärjestelmään ja tarjoaa karkea painepalaute vastauksena virtuaalisiin vuorovaikutuksiin, kuten aseen recoil, sauvan siirtäminen materiaalin läpi ja virtuaalipainon kääntäminen virtuaalisessa tilassa ketju.

Tulokset ovat yllättävän vakuuttavia mekanismin yksinkertaisuudesta. On helppo kuvitella rakentavan käsine, joka tarjoaa tällaista palautetta tarkemmin ja mahdollistaa virtuaalisen esineillä, joilla on tiheys, ellei kiinteyttä: esineet voivat tuntea olonsa koviksi, he eivät vain pysty pysäyttämään käyttäjän käsi.

Tämä on merkittävä parannus, vaikka sillä on monia samoja rajoituksia kuin yksinkertaisella rypistymisellä - ihon silkka tekniikka voi huijata kosketustunnetta, mutta se ei voi huijata omaksumista (intuitiivinen käsitys siitä, missä raajat ovat ja kuinka ne ovat liikkuva). Vaikka käyttäjän iho kertoa heille lyöneen jotain kiinteää, heidän lihakset tietävät heidän kätensä liikkuvan juoksevasti sen läpi.

Robotti-ankkurit

Tässä on kaikki se, josta kaikki alkaa muuttua outoksi. Oletetaan, että tekniikan on kyettävä estämään käyttäjiä ajamasta käsiään esineiden läpi, jotta voidaan luoda vakuuttavampi illuusio vakaudesta. Tämä tarkoittaa, että sinun on kohdistettava voimaa raajaan jostakin ulkoisesta viitekehyksestä.

Yksinkertaisin tapa saavuttaa tämä on käyttää robotiikkaa, joka kiinnittyy joko vartaloosi tai maahan ja estää sen liikkumista virtuaalisen geometrian rajojen ulkopuolella.

Vain kädelle (jonka avulla käyttäjä voi tarttua ja tuntea virtuaaliobjektien vakauden), joka näyttää tältä.

Aivan pelottavaa, eikö niin? No, on paljon asioita, joita käsine ei voi vieläkään tehdä. Entä jos kosketamaasi esine on painava? Entä jos se on jotain kiinteää, kuten seinää, jonka on vastustettava hartioiden ja kyynärpien sekä ranteen ja sormien liikkeitä? No, sitten tarvitset jotain tällaista:

Cyberlove-verkkosivusto ei ilmoita laitteen hintaa yllä olevassa videossa, mutta muut sen kaltaiset järjestelmät ajavat satoja tuhansia dollareita. Osittain syynä tähän on se, että vain harvat teollisuus- ja sotilasjärjestöt todella ostavat näitä laitteita (ja hyvin pieninä määrin), mikä nostaa hintaa.

Toinen osa on, että nämä ovat teknisesti todella vaikuttavia laitteita. Mieti, mitä tarvitaan vakuuttavan haptisen palautekokemuksen saamiseksi kiinteän esineen koskettamisesta. Jos käyttäjän lepää kätensä virtuaaliseinää vasten ja työntää, järjestelmän on havaittava liike, ota yhteyttä simulaattoriin selvittääkseen, koskettavat kiinteää esinettä, liikuttavat sitten fyysisesti (ja sujuvasti) ankkuria vastustamaan liikettä ja palauttaa käyttäjän käden alkuperäiseen asentoonsa.

Kaikki tämä on suoritettava, ennen kuin aivot voivat rekisteröidä, että liike on alkanut. Se on valtava tekninen haaste, eikä edes nykypäivän paras laitteisto saavuta sitä täysin.

Toinen rajoitus, lukuun ottamatta haasteita valmistuskustannusten alentamiseksi hyväksyttävälle tasolle, liittyy tekniikan mukauttamiseen. Itsesi kirjaimellisesti osaavaksi ja tehokkaaksi mekaaniseksi ankkurointiin liittyy siihen merkittäviä psykologisia esteitä. On kyseenalaista, ovatko käyttäjät valmiita sietämään tällaista haittaa säännöllisesti, vaikka tekniikka olisi riittävän hienostunut tarjoamaan hyvää kokemusta.

Tämän tekniikan lähinnä käyttöönottoa kuluttajatasolla on muodossa laitteet kuten Kosketa jotain, mitä siellä ei ole - haptinen tekniikka [MakeUseOf Explains]Haptics on kosketustekniikka. Virtuaaliympäristössä se tarkoittaa kykyä koskettaa ja tuntea jotain, jota kirjaimellisesti ei ole olemassa, mutta se ei todellakaan ole sen ainoa käyttö. Alkaen ... Lue lisää Novint Falcon. Falcon ei ole sinänsä virtuaalitodellisuuslaite, koska sen työtila on vain muutaman tuuman pallo - että sanotaan, että se tarjoaa erittäin tarkan, kolmiakselisen voimapalautteen, ja se on ainoa laite kuluttajahintapisteessä niin.

Novint on jo jonkin aikaa työskennellyt käsityöpohjaisessa Xos-nimisessä exoskeletonissa, vaikka hanke näyttää toistaiseksi olevan rauhassa yrityksen taloudellisten vaikeuksien seurauksena.

Tällaisia ​​ankkureita voidaan mahdollisesti tehdä yksinkertaisemmiksi ja halvemmiksi käyttämällä elektroaktiivisia polymeerejä - keinotekoisia 'lihaksia' muovia, jotka supistuvat vasteena sähkövirralle, ja ovat yleensä halvempia ja kompakteja kuin vastaavat lineaarimoottorit.

Akustinen palaute

Täysin itsenäinen lähestymistapa ongelmaan on vaiheittaisten ultraääniverkkojen käyttö tiheän luomiseksi ilmassa olevat häiriökuviot, jotka ihon on rekisteröity kiinteiksi ja jotka voivat tarjota todellisia vastarintaa. Teknologiaa voidaan käyttää virtuaalisten 3D-esineiden projisointiin ilmaan, jota käyttäjät voivat koskea, ja risteävien paineaaltojen solmut tuottavat todellista voimaa käyttäjän käsissä.

Ensin punastuaan, tämä saattaa näyttää olevan taikaluettelo VR-haptiselle palautteelle. Valitettavasti on joitain rajoituksia. Resoluutiota rajoittaa kaiuttimien taajuusvaste ja niiden lukumäärä: suuren alueellisen alueen peittäminen ei välttämättä ole käytännöllistä.

Vielä tärkeämpää on, että siinä on huomattava "vuoto" - akustinen energia muodostaa vahingossa solmut ja puolisolmut tilassa, jossa tarkoituksellisia kuvioita luodaan (jotain mitä voit nähdä) öljy). Tämän järjestelmän tuottamat paineet ovat hyvin heikkoja: yritetään skaalata ne tilavuuksiin, jotka voivat aiheuttaa useita kiloa paineita vartaloosi aiheuttaisi valtavan määrän energiaa ja voisi olla fyysisesti vaarallinen käyttäjille.

Hermon stimulaatio

Viimeinkin aiomme ottaa hetken koskettaaksemme spekulatiivisempaa tekniikkaa. Yksi tapa (jotkut väittävät lopullisen tavan) olla kosketuksissa kosketustuntoan on stimuloimalla käyttäjän käyttäjän käsivarsien, selkärangan tai aivojen hermoja suoraan. Näin tekemällä on mahdollista huijata kosketus, omaksuminen, yhdeksän telakan - mukaan lukien tuntemukset, kuten lämpötila, joka saattaa olla epäkäytännöllinen saavuttaa puku tai robotti-ankkuri. Mahdollisesti, tutkijat voisivat tehdä kaiken tämän vaatimatta hankalia robottipukuja tai vaiheittaisia ​​akustisia ristikoita.

Tällä etuosalla on jo tehty jonkin verran työtä proteesien raajojen kentällä, suoraan napauttamalla katkenneiksi hermoiksi lähettämään signaaleja takaisin proteesin antureista synteettisen tunteen luomiseksi kosketus.

Aivojen stimulaatio voi antaa samanlaista palautetta. Tämän tyyppisten tekniikoiden peruskysymys on, että ne vaativat melko invasiivista leikkausta hermorajapintojen asentamiseksi - leikkaus, joka on kohtuuttoman vaarallinen terveille ihmisille. Ne ovat myös melko raakoja ja karkeasti rakeisia palautteen tarkkuuden suhteen.

Jotta nämä olisivat käytännöllisiä haptisen rajapinnan mallina, sinun on todella kyettävä saamaan elektrodiliitännän resoluutio paljon hienommalle ja vähentämään toimenpiteen tunkeutumattomuutta. Täällä on muutamia lähestymistapoja, jotka vaihtelevat vuodesta nanotechnolog Kuinka nanoteknologia muuttaa lääketieteen tulevaisuuttaNanoteknologian potentiaali on ennennäkemätön. Todelliset yleiskokoonpanijat tuovat syvällisen muutoksen ihmisen tilaan. Tietenkin on vielä pitkä tie kuljettavana. Lue lisää y optogenetiikka Aivojen hallinta valolla: se on mahdollista optogenetiikan avullaMuutaman viime vuoden aikana on syntymässä uusi tekniikka nimeltä "optogenetiikka", joka voi auttaa tutkijoita selvittämään aivojen salaisuudet (ja hoitamaan sen häiriöt) aivan uudella tavalla. Lue lisää , mutta vaikuttaa turvalliselta sanoa, että merkittäviä läpimurtoja ei todennäköisesti ole saatavissa tulevina vuosina.

Kosketuksen tulevaisuus

Virtuaalitodellisuuteen on vielä alkuaikoja, eikä haptisten rajapintojen kysyntä vielä ole kovaa, mutta niitä on. Virtuaalitodellisuusinnovaatioiden valtava kultaketju on vasta alkamassa, ja todennäköisesti parannamme kaikkia näitä tekniikoita tulevina vuosina huomattavasti.

Mikään nykyisistä tekniikoista ei kuitenkaan näytä täydelliseltä. Kaikilla heillä on ainakin yksi vakava haittapuoli joko tarjoamiensa tunneiden laadussa tai niiden käytön esteissä. On täysin mahdollista, että lopullista "täydellistä" ratkaisua VR-tuloon ei ole vielä keksitty. Jos näin on, olen innokas näkemään, mitkä kehittäjät keksivät seuraavaksi.

Oletko innostunut haptisista VR-rajapinnoista? Onko täällä jännittävää tuotetta tai tekniikkaa, jota emme kata? Kerro meille kommenteista!

Kuvapisteet: Käsin saalis Shutterstockin kautta