Hands On: Como a Haptic Technologies trará toque à realidade virtual

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Quase todo o impressionante Por que a tecnologia de realidade virtual vai explodir sua mente em 5 anosO futuro da realidade virtual inclui rastreamento de cabeça, olhos e expressão, toque simulado e muito mais. Essas incríveis tecnologias estarão disponíveis para você em 5 anos ou menos. consulte Mais informação O trabalho de VR realizado até o momento se concentrou em apenas dois sentidos: sua visão e sua audição. Esse é um ótimo começo e que permitirá muitos experiências poderosas VR está prestes a mudar o cinema para sempre: veja comoA realidade virtual é uma nova maneira de se comunicar com o espectador, e muitas pessoas com formação em cinema tradicional acham as possibilidades interessantes. consulte Mais informação , mas está incompleto. Para imergir completamente os usuários em ambientes interativos de realidade virtual, será necessário criar periféricos que envolvam totalmente o seu senso de toque.

Infelizmente, o toque é um sentido muito mais difícil de enganar do que a visão. Com a visão, tudo o que o hardware precisa fazer é interromper os sinais que chegam aos olhos. A pele, por outro lado, cobre cerca de dois metros quadrados do seu corpo e articula interações bidirecionais complicadas com o mundo.

Este é o órgão que a tecnologia háptica está tentando enganar, e é difícil. tem vários periféricos O próximo passo na realidade virtual de imersão - Razer Hydra e The OmniAgora que o Oculus Rift está nas mãos de desenvolvedores e entusiastas (leia minha extensa análise do Oculus Rift), o trabalho na versão para consumidores está bem encaminhado. Novos jogos estão sendo desenvolvidos, já existem ... consulte Mais informação que existem para ajudar a criar imersão, mas nenhuma disponível no momento fornece experiências hápticas realmente convincentes.

O problema é agravado porque a estimulação da pele não tem a longa história de pesquisa que os monitores ópticos. O primeiro uso de uma tela de digitalização para recriar uma imagem foi em 1907, e levou pesquisadores e engenheiros quase um século para obter telas pequenas e precisas o suficiente para fornecer uma boa experiência de realidade virtual. A jornada equivalente, para o toque, está apenas começando agora.

Neste artigo, exploraremos hoje algumas tecnologias em desenvolvimento que podem fornecer algum senso de toque aos usuários de RV. Classifiquei as tecnologias pela qualidade da experiência que elas podem fornecer e quanto trabalho é necessário antes que possam ser comercializadas.

Estrondo

Uma maneira simples de fornecer feedback de força rudimentar é através do uso de motores vibratórios simples, do tipo encontrado nos pacotes de vibração dos modernos controladores de videogame. Eles assumem uma nova dimensão em VR, pois são capazes de associar frequências e intensidades vibratórias específicas aos limites de objetos virtuais.

Os usuários podem sentir um pequeno toque quando tocam um objeto ou um elemento da interface do usuário e um pulso mais forte ao ativá-lo (semelhante ao feedback de força nas telas modernas de smartphones).

Esse tipo de feedback também pode ser usado para transmitir a textura das superfícies. Com uma unidade de feedback de força em cada dedo, como no caso do Glove1, essa tecnologia pode ser útil para navegar nas interfaces virtuais com os olhos fechados. Dito isto, essa tecnologia fornece uma abordagem muito espartana e funcional ao toque, e nunca será um construtor de imersão.

Pele cisalhamento Haptics

A tecnologia de cisalhamento da pele baseia-se em um fato surpreendente sobre o nosso senso de toque, que é o de julgar principalmente a pressão leve e não dolorosa pelo grau em que nossa pele desliza (algo que você pode testar facilmente tocando suavemente em uma mancha e deslizando a pele dedo.

À medida que a pele se estica, a sensação de pressão aumenta. Isso é útil, porque o cisalhamento da pele é algo que é fácil de reproduzir mecanicamente e pode fornecer a ilusão de pressão sustentada, algo que não é possível com uma simples vibração motor.

No momento, a implementação mais avançada dessa tecnologia é o controlador Tactical Haptics, que se conecta ao sistema de controle de movimento STEM e fornece feedback de pressão aproximada em resposta a interações virtuais, como recuo de armas, movimentação de uma varinha por um material e oscilação de peso virtual em um virtual corrente.

Os resultados são surpreendentemente convincentes para a simplicidade do mecanismo. É fácil imaginar a construção de uma luva que forneça esse tipo de feedback com mais precisão, permitindo que virtual objetos para ter densidade, senão solidez: os objetos podem parecer duros, eles simplesmente não conseguem parar o movimento do mão do usuário.

Esta é uma grande melhoria, embora tenha muitas das mesmas limitações que o simples estrondo - a tecnologia pura da pele pode enganar a sensação do tato, mas não pode enganar a propriocepção (a sensação intuitiva de onde estão seus membros e como eles estão em movimento). Mesmo que a pele do usuário diga que atingiu algo sólido, seus músculos sabem que sua mão está fluindo com facilidade.

Armaduras Robóticas

Esta é a parte em que tudo começa a ficar um pouco estranho. Digamos que a tecnologia precise impedir os usuários de passarem as mãos pelos objetos, para criar uma ilusão de solidez mais convincente. Isso significa que você precisa exercer força sobre o membro a partir de algum quadro de referência externo.

A maneira mais simples de conseguir isso é usar a robótica, que se liga ao seu corpo ou ao solo, impedindo seu movimento fora dos limites da geometria virtual.

Por apenas uma mão (permitindo que o usuário pegue e sinta a solidez dos objetos virtuais, é algo parecido com isso.

Meio assustador, certo? Bem, há muitas coisas que as luvas ainda não podem fazer. E se o objeto que você está tocando for pesado? E se for algo sólido, como uma parede, que precise resistir a movimentos dos ombros e cotovelos, além do pulso e dedos? Bem, então você precisa de algo assim:

O site de cyberglove não lista um preço para o dispositivo no vídeo acima, mas outros sistemas como esse custam centenas de milhares de dólares. Parte da razão disso é que apenas algumas organizações industriais e militares realmente compram esses dispositivos (e em números muito pequenos), o que aumenta o preço.

A outra parte é que esses equipamentos são realmente impressionantes em nível técnico. Considere o que é necessário para fornecer uma experiência de feedback tátil convincente ao tocar em um objeto sólido. Se o usuário pousar a mão em uma parede virtual e pressionar, o sistema deverá detectar o movimento, consulte a simulação para determinar se estiver tocando um objeto sólido, mova fisicamente (e fluidamente) a armadura para resistir ao movimento e retorne a mão do usuário à sua posição original.

Tudo isso precisa ser realizado antes que o cérebro possa registrar que o movimento começou. Esse é um enorme desafio técnico, e até o melhor hardware hoje não o alcança perfeitamente.

A outra limitação aqui, além dos desafios de reduzir os custos de fabricação a um nível aceitável, tem a ver com tornar a tecnologia conveniente. Amarrar-se literalmente em uma armadura mecânica elaborada e poderosa tem uma barreira psicológica substancial associada a ela. É duvidoso que os usuários estejam dispostos a suportar esse tipo de inconveniente regularmente, mesmo que a tecnologia seja sofisticada o suficiente para proporcionar uma boa experiência.

O mais próximo que essa tecnologia chegou de ser implantada no nível do consumidor está na forma de dispositivos como Toque em algo que não existe - Tecnologia Haptic [MakeUseOf Explica]Haptics é a tecnologia do toque. No contexto de um ambiente virtual, isso significa poder tocar e sentir algo que literalmente não existe, mas esse certamente não é o seu único uso. De... consulte Mais informação o Novint Falcon. O Falcon não é um dispositivo de realidade virtual, pois esse espaço de trabalho é uma esfera de apenas alguns centímetros de diâmetro - Dito isso, ele fornece feedback de força de três eixos de alta precisão e é o único dispositivo a um preço ao consumidor que oferece tão.

A Novint trabalha em um exoesqueleto de braço chamado Xio há um tempo, embora esse projeto pareça estar no limbo por enquanto, acompanhando os problemas financeiros da empresa.

Potencialmente, esse tipo de armadura pode ser simplificada e mais barata através do uso de polímeros eletroativos - "músculos" artificiais feitos de plástico que se contraem em resposta à corrente elétrica e geralmente são mais baratos e mais compactos que os motores lineares equivalentes.

Feedback acústico

Uma abordagem totalmente independente para o problema é usar grades de ultra-som em fases para criar densas padrões de interferência no ar, que são registrados pela pele como sólidos, e podem fornecer resistência. A tecnologia pode ser usada para projetar objetos 3D virtuais no ar que os usuários podem tocar, com os nós de ondas de pressão que se cruzam produzindo força genuína nas mãos do usuário.

À primeira vista, isso pode parecer a bala mágica para o feedback tátil da VR. Infelizmente, existem algumas limitações. A resolução é limitada pela resposta em frequência dos alto-falantes e pelo número deles: ser capaz de cobrir uma grande área espacial não é necessariamente prático.

Mais significativamente, há um substancial "vazamento" - a energia acústica forma nós inadvertidos e semi-nós no espaço em torno de onde os padrões intencionais estão sendo criados (algo que você pode ver em o óleo). As pressões produzidas por esse sistema são muito fracas: tentar aumentá-las em volumes que possam exercer múltiplos quilos de pressão sobre o corpo envolveriam uma enorme quantidade de energia e poderiam ser fisicamente perigosos para Comercial.

Estimulação do nervo

Por fim, vamos levar um momento para abordar uma tecnologia mais especulativa. Uma maneira (algumas pessoas argumentariam a melhor maneira) de se envolver com a sensação de toque é estimular diretamente os nervos nos braços, coluna vertebral ou cérebro do usuário. Ao fazer isso, é possível enganar o toque, a propriocepção, os nove metros inteiros - incluindo sensações como temperatura que podem ser impraticáveis ​​de se obter com um traje ou armadura robótica. Potencialmente, os cientistas poderiam fazer tudo isso sem a necessidade de ternos robóticos ou grades acústicas em fases.

Já houve algum trabalho nesta frente no campo de membros protéticos, tocando diretamente nos nervos cortados para enviar sinais de volta dos sensores na prótese, para criar uma sensação sintética de toque.

A estimulação cerebral pode fornecer feedback semelhante. O problema básico desses tipos de tecnologias é que elas requerem cirurgia bastante invasiva para poder instalar as interfaces nervosas - cirurgia que é inaceitavelmente arriscada em pessoas saudáveis. Eles também são bastante grosseiros e de granulação grossa, em termos da precisão do feedback.

Para que eles sejam práticos como um paradigma de interface háptica, você realmente precisa conseguir uma resolução mais fina da interface do eletrodo e reduzir a invasão do procedimento. Existem algumas abordagens aqui, variando de nanotechnolog Como a nanotecnologia está mudando o futuro da medicinaO potencial da nanotecnologia é sem precedentes. Verdadeiros montadores universais conduzirão a uma profunda mudança na condição humana. Claro, ainda há um longo caminho a percorrer. consulte Mais informação y para optogenética Controle do cérebro com luz: é possível com optogenéticaNos últimos anos, uma nova técnica chamada "optogenética" está surgindo, o que pode ajudar os cientistas a desvendar os segredos do cérebro (e tratar seus distúrbios) de uma maneira totalmente nova. consulte Mais informação , mas parece seguro dizer que grandes avanços são improváveis ​​nos próximos anos.

O futuro do toque

Ainda é cedo para a realidade virtual e ainda não existe uma demanda ampla do consumidor por interfaces hápticas - mas haverá. A enorme corrida do ouro da inovação em realidade virtual está apenas começando agora, e é provável que vejamos todas essas técnicas aprimoradas em massa nos próximos anos.

Dito isto, nenhuma das tecnologias atuais parece perfeita. Todos eles têm pelo menos uma desvantagem séria, tanto em termos da qualidade da sensação que podem proporcionar, quanto das barreiras ao seu uso. É perfeitamente possível que a eventual solução "perfeita" para entrada de RV ainda não tenha sido inventada. Se for esse o caso, estou ansioso para ver o que os desenvolvedores farão a seguir.

Você está empolgado com as interfaces hápticas de VR? Existe um produto ou tecnologia interessante que não abordamos aqui? Deixe-nos saber nos comentários!

Créditos da imagem: Captura de mão Via Shutterstock