V filmu Stevena Spielberga za leto 2018 Ready Player One, ki temelji na knjigi Ernesta Clinea iz leta 2011, ljudje vstopajo v potopni svet virtualne resničnosti, imenovan OASIS. Kar je najbolj privlačno glede futuristične tehnologije v tem znanstveno-fantastičnem filmu, niso bila VR očala, ki se ne zdijo tako oddaljena od slušalk, ki jih trenutno prodajajo Oculus, HTC in drugi. Šlo je za občutek zunaj pogleda in zvoka: dotik.
Liki so nosili rokavice s povratnimi informacijami, ki so jim omogočile čutiti namišljene predmete v svojih rokah. Lahko bi nadgradili do oblek za polno telo, ki reproducirajo silo udara v prsni koš ali božanje nege. Pa vendar tudi te zmožnosti morda ne bodo tako daleč, kot si predstavljamo.
Nenehno se zanašamo na informacije o dotiku ali na hitro, na način, ki ga sploh ne zavedamo. Živci na naši koži, sklepih, mišicah in organih nam povedo, kako so naša telesa nameščena, kako čvrsto nekaj držimo, kakšno je vreme ali da ljubljena oseba skozi objem pokaže naklonjenost. Inženirji si po vsem svetu zdaj prizadevajo za ponovno ustvarjanje realističnih občutkov za dotik, za video igre in drugo. Vključevanje stika med človekom in računalnikom bi izboljšalo robotski nadzor, fizično rehabilitacijo, izobraževanje, navigacijo, komunikacijo in celo spletno nakupovanje.
"V preteklosti so bili haptiki dobri pri opazovanju stvari z vibracijami v telefonu ali tuljavami igralnih krmilnikov, " pravi Heather Culbertson, računalničarka na Univerzi v Južni Kaliforniji. "Toda zdaj je prišlo do premika k stvaritvi stvari, ki se počutijo bolj naravne, ki bolj posnemajo občutek naravnih materialov in naravnih interakcij."
Prihodnost ni le svetla, ampak teksturirana.
* * *
Haptične naprave lahko razvrstimo v tri glavne vrste: oprijemljive, nosljive in dotične. Če želite dojeti, pomislite na krmilne palice. Jasna uporaba je v delovanju robotov, tako da lahko operater občuti, kako velik odpor se robot upira.
Vzemite kirurške robote, ki zdravnikom omogočajo, da operirajo z druge strani sveta ali da z orodji manipulirajo premajhno ali v preveč tesnih rokah. Številne študije so pokazale, da dodajanje haptičnih povratnih informacij za nadzor teh robotov poveča natančnost in zmanjša poškodbe tkiva in čas delovanja. Noge s hitrimi povratnimi informacijami zdravnikom omogočajo tudi usposabljanje na pacientih, ki obstajajo le v virtualni resničnosti, hkrati pa dobijo občutek dejanskega rezanja in šivanja. Eden izmed študentov Culbertsona trenutno razvija zobozdravstvene simulatorje, tako da prvo zgrešeno vrtanje študentskega študenta ni na pravem zobu.
Inženirji gradijo sisteme za prenos realističnih občutkov na dotik videoigricam, robotskim upravljanjem in še več, z vrsto možnih aplikacij. (Z dovoljenjem časopisa Knovable) Pridobiti občutek za to, kar dela robot pod vašim poveljstvom, bi bilo koristno tudi za odstranjevanje bomb ali odvzem ljudi iz porušenih zgradb. Ali pa za popravilo satelita, ne da bi se prilagajali vesoljski plovbi. Tudi Disney se je za varne interakcije med človekom in robotom preučil v haptične telepresence robote. Razvili so sistem s pnevmatskimi cevmi, ki povezujejo robotizirane roke humanoida z zrcalnim naborom rok, s katerimi se človek oprijema. Oseba lahko manipulira z zrcalnim botom in tako povzroči, da prvi bot drži balon, pobere jajce ali ga otroku naleže po licih.
V manjšem obsegu je laboratorij robotikov Jamieja Paika iz Švicarskega zveznega tehnološkega inštituta v Lozani (EPFL) razvil prenosni haptični vmesnik, imenovan Foldaway. Naprave o velikosti in obliki kvadratnega podstavka za pijačo imajo tri tečaje, ki se dvigajo in se na sredini srečajo. (Stefano Mintchev, postdoc v laboratoriju, jih imenuje "miniaturni roboti origami.") Majhen plastični ročaj je lahko nataknjen na mestu, kjer se roke srečujejo, in ustvari krmilno palico, ki deluje v treh dimenzijah - in roki potisneta nazaj, da bi uporabnik občutek za predmete, na katere pritiska. V demonstracijah je ekipa uporabila naprave za nadzor zračnega drona, stiskanje virtualnih predmetov in občutek oblike virtualne človeške anatomije.
Obstajajo določeni izzivi pri razumevanju haptikov, ki se lahko zdijo nepremagljivi - na primer, kako zagotoviti občutek teže, ko zgrabite in dvigujete breztežne digitalne predmete? Toda s preučevanjem nevroznanosti so inženirji uspeli najti nekaj rešitev. Culbertson in sodelavci so razvili napravo, imenovano Grabity, za težavo z gravitacijo. To je neke vrste viličarjev, ki se jih prijema in stisne, da pobere navidezne predmete. Preprosto z vibriranjem na določene načine lahko ustvari iluzijo teže in vztrajnosti.
Toda "zavajanje možganov gre samo tako daleč, " pravi Ed Colgate, inženir strojništva na univerzi Northwestern, ki deluje v haptiki. Včasih je enostavno razbiti haptične iluzije. Po njegovem mnenju bodo morali inženirji dolgoročno čim bolj zvesto poustvariti fiziko resničnega sveta - težo in vse. "To je resnično težaven problem."
Zmogljiva haptična naprava Grabity (dno) zagotavlja iluzijo teže in vztrajnosti pri ravnanju z virtualnimi predmeti. Tu posnema občutek bloka (zgoraj). (Z dovoljenjem laboratorija za oblikovanje Stanford) Naprave, ki jih je mogoče razbrati, pogosto izkoristijo kinetetične občutke: občutke gibanja, položaja in sile, ki jih posredujejo živci ne samo na naši koži, temveč tudi v mišicah, kiteh in sklepih. Na drugi strani se nosilne naprave navadno opirajo na taktilne občutke - pritisk, trenje ali temperaturo - ki jih posredujejo živci v koži.
Na prstu nosijo različne eksperimentalne naprave, ki pritiskajo na blazinico prsta z različnimi stopnjami sile, ko se dotikajo predmetov v virtualni resničnosti. Toda nedavna naprava zagotavlja enake povratne informacije, ne da bi zakrila blazinico prsta. Namesto tega se nosi tam, kjer lahko nosi prstan, in vsebuje motorje, ki pod seboj raztegnejo kožo. S tem lahko prsti prosto komunicirajo s stvarnimi predmeti, obenem pa zaznavajo »virtualne« - uporabno funkcijo tako za igre kot za resne aplikacije.
V enem testu je človek lahko držal pravi kos krede in občutil pritisk, ko so »pisali« na virtualno tablo zaradi navidezne iluzije: Ko so hkrati videli, da se je kreda dotikala deske in čutila, da je njihova koža raztegnjena, so se prevarali. čutili pritisk v prstih.
Pogosteje nosljive haptične naprave komunicirajo prek vibracij. Culbertsonov laboratorij na primer deluje na zapestnem pasu, ki uporabnika usmerja tako, da vibrira v smeri, v katero se mora obrniti. In NeoSensory, podjetje, ki ga je ustanovil Stanford nevroznanstvenik David Eagleman, razvija telovnik z 32 vibracijskimi motorji, ki je bil predstavljen v epizodi HBO-ove znanstveno-fantastične serije Westworld, kjer je junakom očitno pomagal določiti smer približevanja sovražnikom.
Ena prvih aplikacij telovnika bo prevajanje zvoka v taktilni občutek, da bo govorni jezik bolj razumljiv za ljudi z globoko ali popolno izgubo sluha. Eagleman dela tudi na prevajanju vidikov vizualnega sveta v vibracije za slepe. Druga prizadevanja vključujejo bolj abstraktne informacije, kot so tržni in okoljski podatki - namesto omrežja, ki kaže, kje so prostorske razmere, lahko zapleten vzorec vibracij kaže na cene ducatov zalog.
Ta slika prikazuje zasnovo mehkega, prožnega materiala, podobnega koži, ki ustreza telesu, za nosljive haptične naprave. Plasti senzorja in aktuatorja so ločene s plastmi silikona. V senzorski plasti svinčev cirkonat titanat (PZT) prevaja silo v električni naboj za povratno informacijo v računalnik. V aktuatorski plasti so drobni žepi, ki se lahko večkrat na sekundo napolnijo z zrakom za vibracijske povratne informacije do uporabnika. (Prirejeno iz HA Sonar et al / Frontiers in Robotics in AI 2016) Vibracijski motorji so lahko obsežni, zato nekateri laboratoriji razvijajo bolj udobne rešitve. Paikov laboratorij na EPFL deluje na mehkem pnevmatskem aktuatorju (SPA) - plasti prožnega silikona, debelega manj kot 2 milimetra, ki je prepreden z drobnimi zračnimi žepi. Nekaj desetkrat na sekundo se lahko napihnejo in izpraznijo in tako delujejo kot piksli - ali "takseli" za taktilne elemente - in ustvarijo mrežo občutkov. Lahko nudijo občutke, kakršne ponujajo obleke v Ready Player One, ali pa povratne informacije o položaju robotov ali protetičnih okončin. SPA koža je vgrajena tudi s senzorji iz nove, korozijsko odporne kovinske zlitine, ki omogoča, da se ista koža uporablja pri vnosu računalnika, ko uporabnik stisne.
Še tanjši haptični film - debel manj kot pol milimetra - je prav tako odprt, ki ga je ustvaril Novasentis in izdelan iz nove oblike polivinililiden fluoridne plastike, ki uravnoteži moč, prožnost in električno odzivnost. Ko je film na eni strani sloja prožnega materiala in je napolnjen električni naboj, se film stisne in upogne pločevino, pri čemer pritiska na kožo. Novasentis zdaj gradivo ponuja proizvajalcem naprav, ki ga dajejo v rokavice za virtualno resničnost in igranje.
"Razlikujete lahko med vodo, peskom in skalami, " pravi Šri Peruvemba, podpredsednik podjetja za trženje. Oblikovalci VR bi lahko ustvarili tudi bolj abstraktne predstavitve, kot so sporočila o stanju igre. "S svojo tehnologijo lahko ustvarimo cel haptični jezik, " pravi Peruvemba.
Vibracije lahko ustvarijo drugo vrsto haptične iluzije: občutek vlečenja. Če se naprava, ki vibrira naprej in nazaj vzporedno s površino kože, hitro premika v eno smer in počasi nazaj v drugo smer, večkrat na sekundo, se počuti, kot da vleče kožo v prvo smer.
Medtem ko večina nosilcev uporablja taktilni občutek, lahko uporabi tudi kinetetični občutek mišice in sklepa kite. Inženirji so razvili robotske eksoskelete, nekakšne odre, privezane na telo s senzorji in motorji, ki lahko pomagajo paraliziranim ljudem pri hoji, vojakom dajejo super moč in ljudem omogočajo nadzor robotov na daljavo. Laboratorij na EPFL je razvil model FlyJacket, ki ga nosijo z roko naravnost na stranice, ki jih bati povezujejo do pasu. Ne izgleda posebej muhasto, vendar ljudem omogoča nadzor letenja letalnih brezpilotnih letal z gibanjem rok in zvijanjem trupa. Ko dron začuti sunke vetra, to storite tudi vi.
Končna kategorija naprav so dotični vmesniki, na primer zasloni pametnih telefonov, ki malo kliknejo, ko kliknete na aplikacijo. Culbertsonovo delo potisne dlje od preprostih prepirov in brnenja. Simulira teksturo na površinah s pomočjo tega, kar ji pravijo "podatkovne groznice". Namesto da napiše zapletene algoritme ali fizikalne modele, da ustvari vibracije, ki simulirajo resnične, zabeleži, kaj se zgodi, ko se nekaj povleče po različnih tkaninah ali drugih materialih z različno hitrostjo in pritiski. Nato ima površinsko predvajanje vibracij, ko se po njej vleče pisalo. Prijave lahko vključujejo spletno nakupovanje in virtualne muzeje.
Dotična haptična naprava omogoča, da uporabnik "čuti" različne teksture, odvisno od tega, kakšni vzorci vibracij se prenašajo skozi peresnik. Vibracije se spreminjajo glede na hitrost, s katero se peresnik premika, ali koliko pritiska uporabnik. Cilj je realno simulirati hrapavost, trdoto in drsnost površin. (Z dovoljenjem Heather Culbertson) Dotične površine omogočajo tudi vrste iluzij. Na primer, pravi Culbertson, če predvajate zvok gumba, ko kliknete sliko gumba, se zdi, kot da gumb dejansko klikne. Če se zdi, da se zaslon deformira pod prstom, se lahko počuti mehkejše. Ljudje zgradijo zaznavo tako, da skupaj povežejo pogled, zvok, dotik, okus in vonj - in kot pravi Culbertson: "Resnično je enostavno pretentati svoje možgane, če imaš neskladje med svojimi čutili."
Realistični naključki za VR so lahko za vedno nerodni in dragi. Ali pa bo tehnologija Ready Player One morda sčasoma postala čudna. V obeh primerih, kot lahko vidimo pri otroških korakih, kot je prodorno ropotanje krmilnikov video iger in neskončno vibriranje telefonov in ur, ostanejo taktične naprave, ki dodajajo novo dimenzijo našemu digitalnemu življenju.
Revija Knovable Magazine je neodvisno novinarsko prizadevanje letnih revij . 
