Hands on: Hoe Haptic Technologies Touch naar VR zal brengen

Advertentie

Bijna alle indrukwekkend Waarom Virtual Reality-technologie je in vijf jaar tijd zal verbazenDe toekomst van virtual reality omvat het volgen van hoofd, oog en expressie, gesimuleerde aanraking en nog veel meer. Deze geweldige technologieën zijn binnen 5 jaar of minder voor u beschikbaar. Lees verder VR-werk dat tot nu toe is gedaan, was gericht op slechts twee zintuigen: uw zicht en uw gehoor. Dat is een goed begin en eentje die veel mogelijk zal maken krachtige ervaringen VR staat op het punt het filmmaken voor altijd te veranderen: hier is hoeVirtual reality is een nieuwe manier van communiceren met je kijker en veel mensen met een achtergrond in traditioneel filmmaken vinden de mogelijkheden spannend. Lees verder , maar het is onvolledig. Om gebruikers volledig onder te dompelen in interactieve virtual reality-omgevingen, is het nodig om randapparatuur te bouwen die uw tastzin volledig benut.

Helaas is aanraking een veel moeilijker gevoel voor de gek dan visie. Met zicht hoeft de hardware alleen maar signalen te onderbreken die naar de ogen reizen. De huid bedekt daarentegen ongeveer twee vierkante meter van uw lichaam en articuleert gecompliceerde wederzijdse interacties met de wereld.

Dit is het orgel dat haptische technologie probeert te misleiden, en het is moeilijk. Er zijn een aantal randapparatuur De volgende stap in immersie Virtual Reality - Razer Hydra & The OmniNu de Oculus Rift in handen is van ontwikkelaars en enthousiastelingen (lees mijn uitgebreide review van de Oculus Rift), is het werk aan de consumentenversie in volle gang. Nieuwe games worden ontwikkeld, bestaande ... Lees verder die bestaan ​​om onderdompeling te bevorderen, maar geen enkele die momenteel beschikbaar is, biedt werkelijk boeiende haptische ervaringen.

Het probleem wordt erger gemaakt omdat huidstimulatie niet de lange geschiedenis van onderzoek heeft die optische beeldschermen hebben. Het eerste gebruik van een scandisplay om een ​​afbeelding opnieuw te creëren was in 1907 en er waren onderzoekers en ingenieurs voor nodig bijna een volledige eeuw om schermen klein en nauwkeurig genoeg te krijgen om een ​​goede virtual reality-ervaring te bieden. De gelijkwaardige reis, voor aanraking, begint nu pas.

In dit artikel gaan we enkele technologieën onderzoeken die vandaag in ontwikkeling zijn en die VR-gebruikers een gevoel van aanraking kunnen geven. Ik heb de technologieën gerangschikt op basis van de kwaliteit van de ervaring die ze mogelijk kunnen bieden en hoeveel werk er nodig is voordat ze kunnen worden gecommercialiseerd.

Gerommel

Een eenvoudige manier om rudimentaire forcefeedback te geven, is door het gebruik van eenvoudige trilmotoren, van het soort dat te vinden is in de gerommel van moderne videogamecontrollers. Deze krijgen een nieuwe dimensie in VR, omdat ze specifieke vibrerende frequenties en intensiteiten kunnen associëren met de grenzen van virtuele objecten.

Gebruikers kunnen een klein tikje voelen wanneer ze een object of een UI-element aanraken, en een sterkere pols wanneer ze het activeren (vergelijkbaar met forcefeedback op moderne smartphoneschermen).

Dit soort feedback kan ook worden gebruikt om de textuur van oppervlakken over te brengen. Met een forcefeedback-eenheid op elke vinger, zoals in het geval van de Glove1, kan deze technologie nuttig zijn voor het navigeren door virtuele interfaces met je ogen dicht. Dat gezegd hebbende, deze technologie biedt een zeer spartaanse, functionele benadering om aan te raken en zal nooit een echte onderdompelingsopbouwer zijn.

Skin Shear Haptics

Skin Shear-technologie is gebaseerd op een verrassend feit over ons tastgevoel, namelijk dat we voornamelijk lichte, niet-pijnlijke druk beoordelen door de mate waarin onze huid rondschuift (iets dat u gemakkelijk kunt testen door voorzichtig een plek op uw huid aan te raken en uw huid te verschuiven) vinger.

Naarmate de huid strekt, neemt het gevoel van druk toe. Dit is handig, omdat huidschering iets is dat mechanisch gemakkelijk kan worden gereproduceerd en kan zorgen voor de illusie van aanhoudende druk, iets dat met een simpele trilling niet mogelijk is motor.

Op dit moment is de meest geavanceerde implementatie van deze technologie de Tactical Haptics-controller, die wordt aangesloten op het STEM-bewegingscontrolesysteem en biedt ruwe drukfeedback als reactie op virtuele interacties zoals terugslag van het pistool, een toverstok door een materiaal bewegen en een virtueel gewicht rondzwaaien op een virtuele ketting.

De resultaten zijn verrassend overtuigend voor de eenvoud van het mechanisme. Je kunt je gemakkelijk voorstellen dat je een handschoen bouwt die dit soort feedback met meer precisie biedt, waardoor virtueel objecten hebben dichtheid, zo niet stevigheid: objecten kunnen hard aanvoelen, ze kunnen gewoon de beweging van de hand van de gebruiker.

Dit is een grote verbetering, hoewel het veel van dezelfde beperkingen heeft als eenvoudige gerommel - pure huidtechnologie houd het gevoel van aanraking voor de gek, maar het kan proprioceptie niet voor de gek houden (het intuïtieve gevoel van waar uw ledematen zijn en hoe ze zijn in beweging). Zelfs als de huid van de gebruiker hen vertelt dat ze iets vasts hebben geraakt, weten hun spieren dat hun hand er vloeiend doorheen beweegt.

Robotarmaturen

Dit is het deel waar het allemaal een beetje raar begint te worden. Laten we zeggen dat de technologie moet kunnen voorkomen dat gebruikers hun handen door objecten duwen, om een ​​overtuigender illusie van stevigheid te creëren. Dat betekent dat u vanuit een extern referentiekader kracht op de ledemaat moet uitoefenen.

De eenvoudigste manier om dat te bereiken, is door robotica te gebruiken, die ofwel aan je lichaam of aan de grond wordt bevestigd, waardoor beweging buiten de grenzen van de virtuele geometrie wordt voorkomen.

Voor slechts een hand (waardoor de gebruiker de stevigheid van virtuele objecten kan grijpen en voelen, ziet dat er ongeveer zo uit.

Een beetje eng, toch? Welnu, er zijn veel dingen die handschoenen nog steeds niet kunnen doen. Wat als het voorwerp dat je aanraakt zwaar is? Wat als het iets solide is, zoals een muur, dat bewegingen van de schouders en ellebogen, evenals de pols en vingers moet weerstaan? Nou, dan heb je zoiets nodig:

De cyberglove-website vermeldt geen prijs voor het apparaat in de bovenstaande video, maar andere soortgelijke systemen lopen op tot honderdduizenden dollars. Een deel van de reden hiervoor is dat slechts een paar industriële en militaire organisaties deze apparaten daadwerkelijk kopen (en in zeer kleine aantallen), wat de prijs opdrijft.

Het andere deel is dat dit op technisch vlak echt indrukwekkende apparaten zijn. Bedenk wat nodig is om een ​​overtuigende haptische feedbackervaring te bieden bij het aanraken van een stevig object. Als de gebruiker zijn hand tegen een virtuele muur laat rusten en duwt, moet het systeem de beweging detecteren, raadpleeg de simulatie om te bepalen of ze aanraken van een vast voorwerp, beweeg dan fysiek (en vloeiend) het anker om de beweging te weerstaan ​​en breng de hand van de gebruiker terug naar zijn oorspronkelijke positie.

Dit alles moet worden bereikt voordat de hersenen kunnen zien dat de beweging is begonnen. Dat is een enorme technische uitdaging, en zelfs de beste hardware van vandaag bereikt het niet helemaal perfect.

De andere beperking hier, afgezien van de uitdagingen om de productiekosten op een acceptabel niveau te brengen, heeft te maken met het gemakkelijk maken van de technologie. Jezelf letterlijk vastbinden in een uitgebreid en krachtig mechanisch anker heeft een substantiële psychologische barrière. Het is twijfelachtig of gebruikers dat soort ongemak regelmatig willen verdragen, ook al is de technologie geavanceerd genoeg om een ​​goede ervaring te bieden.

Het dichtst bij deze technologie die op consumentenniveau is toegepast, is in de vorm van apparaten zoals Raak iets aan dat er niet is - Haptische technologie [MakeUseOf Explains]Haptics is de technologie van aanraking. In de context van een virtuele omgeving zou het betekenen dat je iets kunt aanraken en voelen dat er letterlijk niet is, maar dat is zeker niet het enige gebruik. Van... Lees verder de Novint Falcon. De Falcon is als zodanig geen virtual reality-apparaat, aangezien de werkruimte slechts een paar centimeter breed is - dat Het biedt wel een hoge precisie, drie-assige forcefeedback, en is het enige apparaat voor een consumentenprijs dat dat doet zo.

Novint werkt al een tijdje aan een op de armen gebaseerd exoskelet, de Xio, hoewel dat project voorlopig in het ongewisse lijkt te zijn, na de financiële problemen van het bedrijf.

In potentie zouden dit soort armaturen eenvoudiger en goedkoper kunnen worden gemaakt door het gebruik van elektroactieve polymeren - kunstmatige ‘spieren’ gemaakt van plastic dat samentrekt als reactie op elektrische stroom, en over het algemeen goedkoper en compacter is dan gelijkwaardige lineaire motoren.

Akoestische feedback

Een geheel onafhankelijke benadering van het probleem is het gebruik van gefaseerde echografische roosters om dicht materiaal te creëren interferentiepatronen in de lucht, die door de huid als vast worden geregistreerd en daadwerkelijk kunnen leveren weerstand. De technologie kan worden gebruikt om virtuele 3D-objecten in de lucht te projecteren die gebruikers kunnen aanraken, waarbij de knooppunten van kruisende drukgolven echte kracht op de handen van de gebruiker produceren.

Op het eerste gezicht lijkt dit misschien de magische kogel voor VR haptische feedback. Helaas zijn er enkele beperkingen. De resolutie wordt beperkt door de frequentierespons van de luidsprekers, evenals het aantal ervan: het kunnen bedekken van een groot ruimtelijk gebied is niet noodzakelijk praktisch.

Wat nog belangrijker is, er is een aanzienlijke "lekkage" - akoestische energie vormt onbedoelde knooppunten en halve knooppunten in de ruimte waar opzettelijke patronen worden gemaakt (iets waar je in kunt zien) de olie). De druk die door dit systeem wordt geproduceerd, is erg zwak: proberen ze op te schalen naar volumes die meerdere kunnen uitoefenen kilo's druk op je lichaam zou een enorme hoeveelheid energie met zich meebrengen en kan fysiek gevaarlijk zijn gebruikers.

Zenuwstimulatie

Ten slotte nemen we even de tijd om in te gaan op een meer speculatieve technologie. Een manier (sommige mensen zouden de ultieme manier beweren) om met het tastgevoel om te gaan, is door de zenuwen in de armen, ruggengraat of hersenen van de gebruiker direct te stimuleren. Door dit te doen, is het mogelijk om aanraking, proprioceptie, de hele negen meter voor de gek te houden, inclusief sensaties zoals temperatuur die onpraktisch zou kunnen zijn om te bereiken met een pak of robotarmatuur. Potentieel zouden wetenschappers dit allemaal kunnen doen zonder de omslachtige robotpakken of gefaseerde akoestische roosters nodig te hebben.

Er is al wat werk aan dit front gedaan op het gebied van prothetische ledematen, direct tikken doorgesneden zenuwen om signalen van sensoren in de prothese terug te sturen, om een ​​synthetisch gevoel te creëren aanraken.

Hersenstimulatie kan vergelijkbare feedback geven. Het fundamentele probleem met dit soort technologieën is dat ze een tamelijk invasieve operatie vereisen om de zenuwinterfaces te kunnen installeren - een operatie die onaanvaardbaar riskant is voor gezonde mensen. Ze zijn ook vrij grof en grofkorrelig, wat betreft de precisie van de feedback.

Om deze praktisch te maken als een haptisch interface-paradigma, moet je echt de resolutie van de elektrode-interface veel fijner kunnen krijgen en de invasiviteit van de procedure verminderen. Er zijn hier een paar benaderingen, variërend van nanotechnolog Hoe nanotechnologie de toekomst van de geneeskunde verandertHet potentieel voor nanotechnologie is ongekend. Echte universele monteurs zullen een diepgaande verschuiving in de menselijke toestand inluiden. Er is natuurlijk nog een lange weg te gaan. Lees verder y naar optogenetica Hersenencontrole met licht: het is mogelijk met optogeneticaIn de afgelopen paar jaar is er een nieuwe techniek, genaamd "optogenetica", in opkomst, die wetenschappers kan helpen de geheimen van de hersenen te ontrafelen (en de stoornissen ervan te behandelen) op een geheel nieuwe manier. Lees verder , maar het lijkt veilig om te zeggen dat grote doorbraken de komende jaren onwaarschijnlijk zijn.

De toekomst van aanraking

Het is nog vroeg in de virtual reality en er is nog geen brede consumentenvraag naar haptische interfaces - maar dat zal er zijn. De enorme goudkoorts van virtual reality-innovatie begint nu pas en we zullen waarschijnlijk al deze technieken de komende jaren enorm zien verbeteren.

Dat gezegd hebbende, geen van de huidige technologieën lijkt perfect. Ze hebben allemaal minstens één ernstig nadeel, hetzij wat betreft de kwaliteit van het gevoel dat ze kunnen bieden, hetzij de belemmeringen voor hun gebruik. Het is heel goed mogelijk dat de uiteindelijke 'perfecte' oplossing voor VR-invoer nog niet is uitgevonden. Als dat het geval is, ben ik benieuwd wat ontwikkelaars vervolgens gaan bedenken.

Ben je enthousiast over haptische VR-interfaces? Is er een opwindend product of technologie dat we hier niet hebben behandeld? Laat het ons weten in de comments!

Afbeeldingscredits: Handvangst Via Shutterstock