Hands on Hoe Haptic Technologies Touch naar VR brengen

Bijna alle indrukwekkende Waarom Virtual Reality-technologie zal je geest binnen 5 jaar doen kloppen Waarom Virtual Reality-technologie je geest in 5 jaar zal opvlammen De toekomst van virtual reality omvat head-, eye- en expressiontracking, gesimuleerde aanraking en nog veel meer. Deze verbazingwekkende technologieën zullen over 5 jaar of minder voor u beschikbaar zijn. Meer lezen VR-werk tot nu toe is gericht op slechts twee zintuigen: uw zicht en uw gehoor. Dat is een goed begin en een die veel krachtige ervaringen mogelijk maakt. VR staat op het punt om voor altijd te veranderen Filmmaking: hier is hoe VR voor altijd zal veranderen Filmmaking: hier is hoe virtual reality een nieuwe manier is om met je kijker te communiceren, en veel mensen met een achtergrond in traditioneel filmmaken vindt de mogelijkheden opwindend. Meer lezen, maar het is onvolledig. Om gebruikers volledig onder te dompelen in interactieve virtual reality-omgevingen, zal het nodig zijn om randapparatuur te bouwen die volledig in contact staan ​​met uw tastzin.

Helaas is aanraking een veel hardere betekenis om voor de gek te houden dan visie is. Met visie hoeft de hardware alleen maar signalen te onderbreken die naar de ogen reizen. De huid bedekt daarentegen ongeveer twee vierkante meter van je lichaam en articuleert gecompliceerde tweezijdige interacties met de wereld.

Dit is het orgel dat de haptische technologie probeert te misleiden, en het is moeilijk. Er zijn een aantal randapparatuur The Next Step in Immersion Virtual Reality - Razer Hydra & The Omni The Next Step in Immersion Virtual Reality - Razer Hydra & The Omni Nu dat de Oculus Rift in handen is van ontwikkelaars en enthousiastelingen (lees mijn uitgebreide recensie van de Oculus Rift), is het werk aan de consumentenversie in volle gang. Er worden nieuwe spellen ontwikkeld, bestaande ... Lees meer die bestaan ​​om onderdompeling te helpen opbouwen, maar geen enkele die nu beschikbaar is, biedt echt fascinerende haptische ervaringen.

Het probleem wordt nog verergerd omdat huidstimulatie niet de lange geschiedenis van onderzoek heeft die optische beeldschermen doen. Het eerste gebruik van een scandisplay om een ​​afbeelding opnieuw te maken was in 1907 en het duurde bijna een eeuw om onderzoekers en ingenieurs genoeg te krijgen om de weergaven klein en nauwkeurig genoeg te krijgen om een ​​goede virtual reality-ervaring te bieden. De equivalente reis, voor aanraking, begint nu pas.

In dit artikel gaan we een aantal technologieën verkennen die vandaag de dag in ontwikkeling zijn en waarmee VR-gebruikers enige feeling kunnen krijgen. Ik heb de technologieën gerangschikt op basis van de ervaring die ze kunnen bieden en hoeveel werk nodig is voordat ze kunnen worden gecommercialiseerd.

Gerommel

Een eenvoudige manier om rudimentaire force feedback te geven, is door het gebruik van eenvoudige trilmotoren, zoals die te vinden zijn in de rumble packs van moderne videogamecontrollers. Deze nemen een nieuwe dimensie aan in VR, omdat ze specifieke trilfrequenties en intensiteiten kunnen associëren met de grenzen van virtuele objecten.

Gebruikers kunnen een kleine uitbarsting voelen wanneer ze een voorwerp of een gebruikersinterface-element aanraken, en een sterkere puls wanneer ze deze activeren (vergelijkbaar met forcefeedback op moderne smartphoneschermen).

Dit soort feedback kan ook worden gebruikt om de textuur van oppervlakken over te brengen. Met een force feedback-eenheid op elke vinger, zoals in het geval van de Glove1, kan deze technologie handig zijn voor het navigeren door virtuele interfaces met gesloten ogen. Dat gezegd hebbende, deze technologie biedt een zeer spartaanse, functionele benadering van aanraken, en zal nooit een groot deel van een immersiebouwer zijn.

Skin Shear Haptics

Skin shear-technologie is gebaseerd op een verrassend feit over ons tastgevoel, namelijk dat we in de eerste plaats lichte, niet-pijnlijke druk beoordelen door de mate waarin onze huid rondschuift (iets wat je gemakkelijk kunt testen door een plekje op je huid zachtjes aan te raken) en schuif je vinger.

Naarmate de huid langer wordt, neemt het gevoel van druk toe. Dit is handig, omdat skin shear iets is dat gemakkelijk mechanisch gereproduceerd kan worden, en de illusie kan geven van aanhoudende druk, iets dat niet mogelijk is met een eenvoudige vibrerende motor.

Op dit moment is de meest geavanceerde implementatie van deze technologie de Tactical Haptics-controller, die aan het STEM-bewegingscontrolesysteem wordt gekoppeld en ruwe drukterugkoppeling levert als reactie op virtuele interacties zoals een terugslag van het kanon, het verplaatsen van een stok door een materiaal en het slingeren van een virtueel gewicht rond op een virtuele keten.

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

Dit is een grote verbetering, hoewel het veel van dezelfde beperkingen heeft als eenvoudige rumble - skin pure technologie kan het gevoel van aanraking voor de gek houden, maar het kan proprioceptie niet voor de gek houden (het intuïtieve gevoel van waar je ledematen zijn en hoe ze bewegen ). Zelfs als de huid van de gebruiker zegt dat ze iets solide hebben geraakt, weten hun spieren dat hun hand er vloeiend doorheen beweegt.

Robotische armaturen

Dit is het gedeelte waar het allemaal een beetje raar begint te worden. Laten we zeggen dat de technologie gebruikers moet kunnen verbieden hun handen door voorwerpen te duwen om een ​​meer dwingende illusie van degelijkheid te creëren. Dat betekent dat je kracht op de ledemaat moet uitoefenen vanuit een extern referentiekader.

De eenvoudigste manier om dat te bereiken, is door robotica te gebruiken, die zich aan je lichaam of aan de grond hechten, waardoor de beweging buiten de grenzen van de virtuele geometrie blijft..

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

Nogal eng, toch? Wel, er zijn veel dingen die de handschoen nog steeds niet kan doen. Wat als het object dat je aanraakt zwaar is? Wat als het iets solide is, zoals een muur, dat bewegingen van de schouders en ellebogen moet weerstaan, evenals de pols en vingers? Nou, dan heb je zoiets nodig als dit:

De cyberglove-website vermeldt geen prijs voor het apparaat in de bovenstaande video, maar andere systemen zoals deze 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 omhoog drijft.

Het andere deel is dat dit echt indrukwekkende apparaten zijn op technisch niveau. Overweeg wat nodig is om een ​​overtuigende haptische feedbackervaring te bieden voor het aanraken van een solide object. Als de gebruiker zijn hand tegen een virtuele muur steunt en duwt, moet het systeem de beweging detecteren, de simulatie raadplegen om vast te stellen dat ze een vast voorwerp aanraken en vervolgens het armatuur fysiek (en vloeiend) bewegen om de beweging te weerstaan ​​en terug te keren de hand van de gebruiker naar de oorspronkelijke positie.

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

De andere beperking hier, afgezien van de uitdagingen om de productiekosten tot een acceptabel niveau terug te brengen, heeft te maken met het gemakkelijk maken van de technologie. Letterlijk jezelf vastbinden in een uitgebreid en krachtig mechanisch anker heeft een substantiële psychologische barrière die ermee verbonden is. Het is twijfelachtig of gebruikers dit soort ongemakken regelmatig zullen accepteren, ook al is de technologie geavanceerd genoeg om een ​​goede ervaring te bieden..

De technologie die deze technologie het dichtst benadert, is in de vorm van apparaten zoals Touch Something That Is not There - Haptic Technology [MakeUseOf Explains] Touch Something that Is not There - Haptic Technology [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 meer de Novint Falcon. De Falcon is geen virtual reality-apparaat als zodanig, gezien het feit dat de werkruimte slechts een paar centimeters breed is - het biedt echter een hoge precisie, krachtfeedback met drie assen en is het enige apparaat met een consumentenprijs dat doet het.

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

Potentieel kunnen dit soort armaturen eenvoudiger en goedkoper worden gemaakt door het gebruik van elektroactieve polymeren - kunstmatige 'spieren' gemaakt van kunststoffen die samentrekken als reactie op elektrische stroom, en zijn over het algemeen goedkoper en compacter dan vergelijkbare lineaire motoren.

Akoestische feedback

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

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 door het aantal: het kunnen overschrijden van een groot ruimtelijk gebied is niet noodzakelijkerwijs praktisch.

Belangrijker, er is substantieel “lekkage” - akoestische energie vormt onbedoelde knooppunten en halve knopen in de ruimte rondom waar opzettelijke patronen worden gecreëerd (iets wat u in de olie kunt zien). De druk die door dit systeem wordt geproduceerd is erg zwak: een poging om ze op te schalen naar volumes die meerdere kilo's druk op je lichaam kunnen uitoefenen, zou een enorme hoeveelheid energie inhouden en fysiek gevaarlijk zijn voor gebruikers..

Zenuwstimulatie

Ten slotte gaan we even stilstaan ​​bij een meer speculatieve technologie. Eén manier (sommige mensen beweren de ultieme manier) om contact te maken met het tastgevoel is door de zenuwen in de armen, ruggengraat of hersenen van de gebruiker direct te stimuleren. Door dit te doen, is het mogelijk om voor de gek te houden, proprioceptie, de hele negen meter - inclusief sensaties zoals temperatuur die onpraktisch zijn om te bereiken met een pak of robotanker. Potentieel zouden wetenschappers dit alles kunnen doen zonder de omslachtige robotpakken of gefaseerde akoestische roosters te vereisen.

Er is al wat werk op dit gebied gedaan op het gebied van prothetische ledematen, waarbij rechtstreeks op afgesneden zenuwen is gepunt om signalen terug te sturen van sensoren in de prothese, om een ​​synthetisch tastgevoel te creëren..

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

Om deze praktisch te laten zijn als een haptisch interface-paradigma, moet je echt in staat zijn om de resolutie van de elektrode-interface veel fijner te krijgen en de invasiviteit van de procedure te verminderen. Er zijn een paar benaderingen hier, variërend van nanotechnologie. Hoe nanotechnologie verandert de toekomst van de geneeskunde Hoe nanotechnologie de toekomst van de geneeskunde verandert Het potentieel voor nanotechnologie is ongekend. Echte universele assemblers zullen een diepe verschuiving in de menselijke conditie inluiden. Natuurlijk is er nog een lange weg te gaan. Lees meer y naar optogenetics Hersenbeheersing met licht: het is mogelijk met Optogenetics Hersenbeheersing met licht: het is mogelijk met optogenetica In de laatste paar jaar is er een nieuwe techniek genaamd "optogenetica" in opkomst, die wetenschappers kan helpen de geheimen van de hersenen te ontrafelen ( en zijn aandoeningen behandelen) op een geheel nieuwe manier. Read More, maar het lijkt veilig om te zeggen dat belangrijke doorbraken de komende jaren onwaarschijnlijk zijn.

The Future of Touch

Het is nog steeds een vroege dag voor virtual reality, en er is nog geen brede vraag van consumenten naar haptische interfaces - maar er zal zijn. De enorme goudkoorts van virtual reality-innovatie begint nu pas en we zullen waarschijnlijk al deze technieken in de komende jaren enorm verbeteren.

Dat gezegd hebbende, geen van de huidige technologieën lijkt perfect. Ze hebben allemaal minstens één ernstig nadeel, hetzij in termen van de kwaliteit van de sensatie die ze kunnen bieden, hetzij de belemmeringen voor hun gebruik. Het is heel goed mogelijk dat de uiteindelijke “perfect” oplossing voor VR-invoer is nog niet uitgevonden. Als dat het geval is, wil ik graag weten met welke ontwikkelaars het volgende komt.

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

Beeldpunten: hand vangen via Shutterstock

Ontdek meer over: Technologie, Virtual Reality.