În filmul Ready Player One al lui Steven Spielberg din 2018, bazat pe cartea din 2011 de Ernest Cline, oamenii intră într-o lume imersivă a realității virtuale numită OASIS. Ceea ce atrăgea cel mai mult tehnologia futuristă din acest film de ficțiune nu au fost ochelarii VR, care nu par atât de departe de căștile vândute în prezent de Oculus, HTC și alții. Era logodna unui sens dincolo de vedere și sunet: atingere.
Personajele purtau mănuși cu feedback care îi permit să simtă obiectele imaginare în mâinile lor. S-ar putea actualiza la costumele complete ale corpului care reproduceau forța unui pumn în piept sau mângâierea unei mângâieri. Și totuși, aceste capacități ar putea să nu fie atât de îndepărtate cum ne imaginăm.
Ne bazăm pe informații tactile - sau „haptice” - în mod continuu, în moduri pe care nici măcar nu le recunoaștem în mod conștient. Nervii din pielea noastră, articulațiile, mușchii și organele ne spun cum sunt poziționate corpurile noastre, cât de strâns deținem ceva, cum este vremea sau că o persoană iubită manifestă afecțiune printr-o îmbrățișare. În întreaga lume, inginerii lucrează acum pentru a recrea senzații tactile realiste, pentru jocuri video și multe altele. Implicarea atingerii în interacțiunile om-computer ar spori controlul robotic, reabilitarea fizică, educația, navigarea, comunicarea și chiar cumpărăturile online.
„În trecut, hapticii au fost buni în a face lucrurile vizibile, cu vibrații în telefon sau cu pachete zgomotoase în controlerele de jocuri”, spune Heather Culbertson, un informatician de la Universitatea din sudul Californiei. „Dar acum a fost o schimbare spre a face lucrurile care se simt mai naturale, care imită mai mult sentimentul materialelor naturale și al interacțiunilor naturale.”
Viitorul nu este doar luminos, ci texturat.
* * *
Dispozitivele haptice pot fi grupate în trei tipuri principale: de înțeles, de purtat și de atins. Pentru înțelegeri, gândiți joystick-uri. O aplicație clară este în funcționarea roboților, astfel încât un operator să poată simți câtă rezistență este împinsă de robot.
Luați roboți chirurgicali, care permit medicilor să opereze din cealaltă parte a lumii, sau să manipuleze instrumente prea mici sau în spații prea strânse pentru mâinile lor. Numeroase studii au arătat că adăugarea feedback-ului haptic la controlul acestor roboți crește precizia și reduce deteriorarea țesuturilor și timpul de funcționare. Oamenii cu feedback haptic permit, de asemenea, medicilor să se instruiască asupra pacienților care există doar în realitatea virtuală, obținând totodată senzația de tăiere și suturare reală. Unul dintre elevii lui Culbertson dezvoltă în prezent simulatoare dentare, astfel încât prima găurire greșită a unui student dentar nu este pe un dinte real.
Inginerii construiesc sisteme pentru a transmite senzații de atingere realiste jocurilor video, controalelor robotice și altele, cu o serie de aplicații posibile. (Amabilitatea Revistei Cunoscute) Înțelegerea a ceea ce face robotul de sub comanda dvs. ar fi de asemenea util pentru dezamorsarea bombelor sau extragerea oamenilor din clădiri prăbușite. Sau pentru repararea unui satelit fără a se potrivi pentru un trotuar spațial. Chiar și Disney a analizat roboți de teleprezență haptică, pentru interacțiuni sigure om-robot. Ei au dezvoltat un sistem care are tuburi pneumatice care leagă brațele robotice ale unui umanoid cu un set de brațe pentru o persoană să o înțeleagă. Persoana poate manipula botul cu oglindă pentru a determina primul bot să țină un balon, să ridice un ou sau să-și bată un copil pe obraji.
La o scară mai mică, laboratorul robotistului Jamie Paik de la Institutul Federal Elvețian de Tehnologie din Lausanne (EPFL) a dezvoltat o interfață haptică portabilă numită Foldaway. Dispozitivele despre mărimea și forma unui coaster de băutură pătrat au trei brațe cu balamale care se ridică, întâlnindu-se în mijloc. (Stefano Mintchev, un postdoc în laborator, îi numește „roboți de origami miniaturizați”.) Un mâner mic din plastic poate fi lipit deasupra unde brațele se întâlnesc, creând un joystick care acționează în trei dimensiuni - iar brațele se împing înapoi, pentru a da utilizatorul simte obiectele pe care le împing. În demo-uri, echipa a folosit dispozitivele pentru a controla un dron aerian, a stoarce obiecte virtuale și a simți forma anatomiei umane virtuale.
Există anumite provocări în înțelegerea hapticelor care ar putea părea insurmontabile - de exemplu, cum oferiți un sentiment de greutate atunci când apucați și ridicați obiecte digitale fără greutate? Însă studiind neuroștiința, inginerii au reușit să găsească câteva soluții. Culbertson și colegii au dezvoltat un dispozitiv numit Grabity pentru problema gravitației. Este un fel de menghină pe care o strângeți și strângeți pentru a ridica obiecte virtuale. Pur și simplu vibrând în anumite moduri, poate produce iluzia de greutate și inerție.
Dar „păcălirea creierului nu merge decât departe”, spune Ed Colgate, un inginer mecanic de la Universitatea Northwestern care lucrează în haptică. Uneori este ușor să rupi iluziile haptice. În mintea lui, pe termen lung, inginerii vor trebui să recreeze fizica lumii reale - greutate și toate - cât mai fidel. „Aceasta este o problemă foarte grea.”
Dispozitivul haptic apucabil numit Grabity (partea de jos) oferă iluzia de greutate și inerție la manipularea obiectelor virtuale. Aici imită senzația de bloc (de sus). (Amabilitat Laboratorul Shape Stanford) Dispozitivele apăsătoare profită adesea de senzațiile kinestezice: sentimente de mișcare, poziție și forță mediate de nervi nu doar în pielea noastră, ci și în mușchii, tendoanele și articulațiile noastre. Pe de altă parte, dispozitivele purtabile se bazează pe senzații tactile - presiune, frecare sau temperatură - mediate de nervii pielii.
O varietate de dispozitive experimentale sunt purtate pe deget, apăsând pe suportul degetelor cu grade diferite de forță, deoarece atinge obiecte în realitatea virtuală. Dar un dispozitiv recent oferă același fel de feedback, fără a acoperi tastatura. În schimb, este purtat acolo unde s-ar putea purta un inel și conține motoare care întind pielea de dedesubt. Acest lucru menține degetele libere să interacționeze cu obiecte din lumea reală, în timp ce tot simte cele „virtuale” - o caracteristică utilă atât pentru jocuri cât și pentru aplicații serioase.
Într-un test, o persoană ar putea ține o adevărată bucată de cretă și să simtă presiune în timp ce „au scris” pe o tablă virtuală, în virtutea unei iluzii haptice: În timp ce au văzut simultan creta contactând bordul și au simțit pielea întinsă, au fost păcăliți în a simți presiune în vârful degetelor.
Mai frecvent, dispozitivele haptice purtabile comunică prin vibrații. Laboratorul lui Culbertson, de exemplu, lucrează la o bandă de mână care îl ghidează pe purtător vibrând în direcția în care trebuie să se întoarcă. Și NeoSensory, o companie fondată de neurologul Stanford, David Eagleman, dezvoltă o vestă cu 32 de motoare vibratorii, care a fost prezentată într-un episod din seria de științe HBO Westworld, unde a ajutat în mod evident personajele să identifice direcția de apropiere a inamicilor.
Una dintre primele aplicații reale ale vestei va fi transpunerea sunetului în senzație tactilă, pentru a face limbajul vorbit mai inteligibil pentru persoanele cu pierderi auditive profunde sau complete. Eagleman lucrează, de asemenea, la traducerea aspectelor lumii vizuale în vibrații pentru oamenii orbi. Alte eforturi implică informații mai abstracte, cum ar fi datele de piață și de mediu - în loc de o grilă care indică unde lucrurile sunt spațiale, un model complex de vibrații ar putea indica prețurile a zeci de stocuri.
Această imagine arată designul unui material moale, flexibil, asemănător pielii, care se conformează corpului, pentru dispozitivele haptice purtabile. Straturile senzorului și actuatorului sunt separate prin straturi de silicon. În stratul de senzor, titanatul de zirconat de plumb (PZT) traduce forța în sarcină electrică pentru feedback către computer. Stratul actuator conține buzunare minuscule care se pot umple cu aer de multe ori pe secundă pentru feedback vibratoriu la purtător. (Adaptat de la HA Sonar et al / Frontiers in Robotics and AI 2016) Motoarele vibrante pot fi voluminoase, astfel încât unele laboratoare dezvoltă soluții mai confortabile. Laboratorul lui Paik de la EPFL lucrează pe o piele de acționare pneumatică moale (SPA) - o foaie de silicon flexibil cu o grosime mai mică de 2 milimetri, care este dotată cu buzunare mici de aer. Ele pot fi umflate și dezumflate independent de zeci de ori pe secundă și, prin urmare, acționează ca pixeli - sau „taxele”, pentru elemente tactile - creând o grilă de senzație. Aceștia pot oferi sentimente de genul pe care le oferă costume în Ready Player One, sau feedback cu privire la poziționarea roboților sau a membrelor protetice. Pielea SPA este, de asemenea, încorporată cu senzori dintr-un aliaj metalic rezistent la coroziune, care permite aceeași piele să fie utilizată pentru introducerea calculatorului atunci când utilizatorul o stoarce.
O peliculă haptică și mai subțire - mai mică de o jumătate de milimetru grosime - se află și în offing, creată de Novasentis și realizată dintr-o nouă formă de plastic cu fluorură de poliviniliden care echilibrează rezistența, flexibilitatea și receptivitatea electrică. Când filmul este stratificat pe o parte a unei foi de material flexibil și se aplică o sarcină electrică, filmul se contractă și flexează foaia, aplicând presiune pe piele. Novasentis furnizează acum materialul producătorilor de dispozitive care îl pun în mănuși pentru realitate virtuală și jocuri.
„Poți face distincția între apă și nisip și rocă”, spune Sri Peruvemba, vicepreședintele companiei de marketing. Designerii VR ar putea crea, de asemenea, reprezentări mai abstracte, cum ar fi mesaje transmise de senzații despre starea unui joc. „Cu tehnologia noastră putem crea un limbaj haptic întreg”, spune Peruvemba.
Vibrațiile pot produce un alt fel de iluzie haptică: senzația de tragere. Dacă un dispozitiv care vibrează înainte și înapoi paralel cu suprafața pielii se mișcă rapid într-o direcție și încet înapoi în cealaltă direcție, de multe ori pe secundă, se simte ca și cum ar trage pielea în prima direcție.
În timp ce majoritatea purtătorilor folosesc senzația tactilă, ei pot folosi și aportul de mușchi-articulație-tendon al senzației kinestezice. Inginerii au dezvoltat exoscheleturi robotizate, un fel de schele legate pe corp cu senzori și motoare, care pot ajuta oamenii paralizați să meargă, să ofere soldaților o putere superioară și să permită oamenilor să controleze roboții la distanță. Un laborator de la EPFL a dezvoltat FlyJacket, pe care îl poartă cu brațele direct în lateral, conectate de pistoane la talie. Nu arată mai ales zborul, dar permite oamenilor să controleze zborul dronei aeriene prin mișcarea brațelor și răsucirea torselor. Când drona simte o rafală de vânt, de asemenea.
Ultima categorie de dispozitive sunt interfețele care pot fi atinse, cum ar fi ecranele smartphone-urilor care dau un pic de bum atunci când faceți clic pe o aplicație. Opera lui Culbertson împinge dincolo de simplele denivelări și zumzeturi. Simula textura pe suprafețe folosind ceea ce ea numește „haptice bazate pe date”. În loc să scrie algoritmi sau modele de fizică complicate pentru a genera vibrații care simulează cele reale, înregistrează ce se întâmplă când ceva este târât peste diferite țesături sau alte materiale la viteze diferite și presiuni. Apoi are o suprafață de redare a vibrațiilor atunci când un stilou este târât peste ea. Aplicațiile pot include cumpărături online și muzee virtuale.
Un dispozitiv haptic tactil permite utilizatorului să „simtă” texturi diferite în funcție de ce tipare de vibrații sunt transmise prin stilou. Vibrațiile se schimbă în funcție de viteza cu care este mișcat pixul sau de câtă presiune aplică utilizatorul. Scopul este de a simula realist rugozitatea, duritatea și alunecarea suprafețelor. (Curtoazie a lui Heather Culbertson) Suprafețele tactile permit, de asemenea, tipuri de iluzii. De exemplu, spune Culbertson, redarea sunetului unui buton făcând clic când se atinge o imagine a unui buton îl face să se simtă ca și cum butonul face efectiv clic. Sau să faci ca ecranul să pară că se deformează sub degetul tău îl poate face să se simtă mai moale. Oamenii construiesc percepția legând împreună vederea, sunetul, atingerea, gustul și mirosul - și, după cum spune Culbertson, „Este foarte ușor să îți păcălești creierul dacă ai o nepotrivire între simțuri.”
Hapticele realiste pentru VR pot fi pentru totdeauna neplăcute și scumpe. Sau tehnologia poate face ca Ready Player One să pară mai ciudat. În ambele cazuri, așa cum putem observa cu pași ai bebelușului, cum ar fi zbuciumarea plină de controlere a jocurilor video și telefoanele și ceasurile care vibrează la nesfârșit, dispozitivele haptice sunt aici pentru a rămâne, adăugând o nouă dimensiune vieții noastre digitale.
Knowable Magazine este un efort jurnalistic independent din Review-uri anuale. 
