Steven Spielbergin vuoden 2018 elokuvassa Ready Player One, joka perustuu Ernest Clinen vuoden 2011 kirjaan, ihmiset siirtyvät syventävään virtuaalitodellisuuden maailmaan, nimeltään OASIS. Mikä oli tämän sci-fi-elokuvan futuristisen tekniikan kannalta kaikkein mukaansatempaavampi, eivät olleet VR-suojalasit, jotka eivät näytä niin kaukana Oculuksen, HTC: n ja muiden myymistä kuulokkeista. Se oli näkö- ja äänen ulkopuolella olevan tunteen sitoutuminen: kosketa.
Hahmot käyttivät käsineitä palautteen avulla, joiden avulla he tunsivat käsissään kuvitteellisia esineitä. He voivat päivittää koko kehon pukuihin, joissa toistettiin lyöntivoima rintaan tai hyväily. Ja silti nämäkin ominaisuudet eivät ehkä ole niin kaukana kuin kuvitellaan.
Luotamme kosketus- tai “haptiseen” tietoon jatkuvasti tavoilla, joita emme edes tietoisesti tunnista. Ihon, nivelten, lihasten ja elinten hermot kertovat meille kuinka kehomme ovat sijoittuneet, kuinka tiukasti pidämme jotain, millainen sää on tai kuinka rakastettusi osoittaa kiintymystä halauksen kautta. Ympäri maailmaa insinöörit työskentelevät nyt luodakseen realistiset kosketusantumukset videopelien ja muun kanssa. Koskettamalla ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutusta voitaisiin parantaa robottihallintaa, fyysistä kuntoutusta, koulutusta, navigointia, viestintää ja jopa verkkokaupoissa.
"Aikaisemmin haptikot ovat onnistuneet tekemään asioista havaittavissa, värähtely puhelimessa tai peliohjaimien rynnäkät", sanoo Etelä-Kalifornian yliopiston tietotekniikan tutkija Heather Culbertson. "Mutta nyt on tapahtunut siirtyminen sellaisten asioiden luomiseen, jotka tuntuvat luonnollisemmilta, jotka jäljittelevät enemmän luonnollisten materiaalien ja luonnollisen vuorovaikutuksen tunnetta."
Tulevaisuus ei ole vain valoisa, mutta myös kuvioitu.
* * *
Haptiset laitteet voidaan jakaa kolmeen päätyyppiin: tarttuvat, puettavat ja kosketettavat. Ajatelkaa ohjaussauvoja tarttuvuuden kannalta. Yksi selkeä sovellus on robottien toiminnassa, jotta käyttäjä voi tuntea kuinka paljon vastusta robotti työntää.
Ota kirurgiset robotit, joiden avulla lääkärit voivat toimia toiselta puolelta maailmaa tai käsitellä työkaluja, jotka ovat liian pienet tai käsille liian tiukoissa tiloissa. Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että haptisen palautteen lisääminen näiden robottien hallintaan lisää tarkkuutta ja vähentää kudosvaurioita ja käyttöaikaa. Haptisen palautteen omaavat lääkärit antavat myös lääkärille mahdollisuuden harjoitella potilaita, jotka ovat vain virtuaalitodellisuudessa, samalla kun he saavat tunteen todellisesta leikkauksesta ja ompelemisesta. Yksi Culbertsonin opiskelijoista kehittää parhaillaan hammasimulaattoreita niin, että hammaslääketieteen opiskelijan ensimmäinen virheellinen poraus ei ole oikealla hampaalla.
Insinöörit rakentavat järjestelmiä välittämään realistisia kosketustunnelmia videopeleille, robottihallinnalle ja muulle, monilla mahdollisilla sovelluksilla. (Tunnettavan lehden kohteliaisuus) Pommituksen purkaminen tai ihmisten purkaminen romahtuneista rakennuksista olisi hyödyllistä myös tuntemalla käskysi alla olevan robotin tekemä. Tai satelliitin korjaamiseksi sopimatta avaruuskävelylle. Jopa Disney on tutkinut haptisia telepresence-robotteja turvallisten ihmisrobottien vuorovaikutusta varten. He kehittivät järjestelmän, jossa on pneumaattiset putket, jotka yhdistävät humanoidin robottivarret peiliasennelmilla, joita ihminen voi tarttua. Henkilö voi manipuloida peilibottiä saadakseen ensimmäisen botin pitämään ilmapalloa, poimimaan munaa tai heittämään lapsen poskille.
Pienemmässä mitassa robotti Jamie Paikin laboratorio Lausannen Sveitsin liittovaltion teknologiainstituutissa (EPFL) on kehittänyt kannettavan haptisen käyttöliittymän, nimeltään Foldaway. Laitteilla, jotka ovat kooltaan ja muodoltaan neliömäisen juomalasin kanssa, on kolme saranoitua vartta, jotka ilmestyvät keskelle. (Stefano Mintchev, laboratorion jälkitarkastaja, kutsuu niitä ”pienikokoisiksi origamiroboteiksi”.) Pieni muovikahva voidaan kiinnittää päälle, missä aseet kohtaavat, jolloin saadaan ohjaussauva, joka toimii kolmiulotteisesti - ja aseet työntyvät taaksepäin antaakseen käyttäjä tuntee esineet, joita he ajavat. Demoissa joukkue on käyttänyt laitteita ohjaamaan ilma-droonia, puristamaan virtuaalisia esineitä ja tuntemaan virtuaalisen ihmisen anatomian muodon.
Haptisten tarttumisessa on tiettyjä haasteita, jotka saattavat vaikuttaa ylitsepääsemättömiltä - esimerkiksi kuinka annat painon tunteen tarttumalla ja nostamalla painottomia digitaalisia kohteita? Mutta tutkimalla neurotiedettä insinöörit ovat onnistuneet löytämään muutaman kiertotavan. Culbertson ja hänen kollegansa kehittivät Grabity-nimisen laitteen painovoimaongelmaan. Se on eräänlainen vise, joka tarttuu ja puristaa noutaakseen virtuaalisia esineitä. Yksinkertaisesti värähtelemällä tietyillä tavoilla se voi tuottaa painon ja inertian illuusion.
Mutta "aivojen huijaaminen menee vain niin pitkälle", sanoo Ed Colgate, Northwestern Universityn mekaniikkainsinööri, joka työskentelee haptisissa lääkkeissä. Toisinaan on helppo rikkoa haptisia illuusioita. Hänen mielestään insinöörien on pitkällä tähtäimellä luotava todellisen maailman fysiikka - paino ja kaikki - mahdollisimman uskollisesti. "Se on todella vaikea ongelma."
Ymmärrettävä haptinen laite, nimeltään Grabity (alhaalta), tarjoaa painon ja inertian illuusion virtuaalisten esineiden käsittelyyn. Täällä se jäljittelee lohkon tunnetta (yläosa). (Stanford Shape Lab) Ymmärrettävissä laitteissa hyödynnetään usein kinesteettisiä tuntemuksia: hermojen välittämät liikkumisen, aseman ja voiman tunteet paitsi ihossa, myös lihaksissamme, jänteissä ja nivelissä. Käytettävät laitteet puolestaan luottavat yleensä kosketusherkkyyteen - paineeseen, kitkaan tai lämpötilaan -, joita ihon hermot välittävät.
Sormessa on käytetty useita erilaisia kokeellisia laitteita, jotka painavat sormityynyä vasten erilaisella voimalla, kun yksi koskettaa esineitä virtuaalitodellisuudessa. Mutta uusi laite tarjoaa samanlaista palautetta peittämättä sormenpäätä. Sen sijaan se on kulunut missä voi käyttää rengasta ja sisältää moottorit, jotka venyttävät ihoa alla. Se pitää sormet vapaana vuorovaikutuksessa reaalimaailman esineiden kanssa ja tuntea silti “virtuaaliset” kohteet - hyödyllinen ominaisuus sekä peleihin että vakaviin sovelluksiin.
Yhdessä testissä ihminen pystyi pitämään todellista liitupalaa ja tuntemaan painostusta, kun he “kirjoittivat” virtuaaliseen liitutauluun haptisen illuusion perusteella: Kun he samanaikaisesti näkivät liidun koskettavan taulua ja tunteessaan ihonsa venytetyn, heidät hulluksi. tuntemaan painetta sormenpäissään.
Yleisemmin puettavat haptiset laitteet kommunikoivat värähtelyn kautta. Esimerkiksi Culbertsonin laboratoriossa työskentelee ranneke, joka ohjaa käyttäjää värähtelemällä hänen suuntaan, jonka hän tarvitsee kääntyä. Ja NeoSensory, Stanfordin neurotieteilijä David Eaglemanin perustama yritys, kehittää 32 tärinämoottorilla varustettua liiviä, jota esiteltiin HBO: n sci-fi-sarjan Westworld jaksossa, jossa se näennäisesti auttoi merkkejä tunnistamaan lähestyvän vihollisten suunnan.
Yksi liivin ensimmäisistä todellisista sovelluksista on äänen kääntäminen tuntoherkkyyteen, jotta puhuttu kieli olisi ymmärrettävämpi ihmisille, joilla on syvä tai täydellinen kuulon menetys. Eagleman pyrkii myös kääntämään visuaalisen maailman näkökohdat värähtelyiksi sokeille ihmisille. Muihin ponnisteluihin sisältyy abstraktimpaa tietoa, kuten markkinoita ja ympäristötietoja - ruudukon sijaan, joka osoittaa asioiden sijaintialueet, monimutkainen värähtelykuvio saattaa ilmoittaa kymmenen osakkeen hinnat.
Tämä kuva osoittaa kehon mukautuvan pehmeän, joustavan, ihomaisen materiaalin, joka on suunniteltu käytettäväksi haptisiin laitteisiin. Anturi- ja toimilaitekerrokset erotetaan silikonikerroksilla. Anturikerroksessa lyijysirkonaattititanaatti (PZT) muuntaa voiman sähkövaraukseksi palautetta tietokoneelle. Toimilaitekerros sisältää pieniä taskuja, jotka voivat täyttyä ilmalla useita kertoja sekunnissa värähtelyn palautteen palauttamiseksi käyttäjälle. (Muokattu julkaisusta HA Sonar et al / Frontiers in Robotics and AI 2016) Värähtelevät moottorit voivat olla tilaa vieviä, joten jotkut laboratoriot kehittävät mukavampia ratkaisuja. Paikin EPFL: n laboratoriossa työskentelee pehmeällä pneumaattisella toimilaitteella (SPA), iholla - alle 2 millimetrin paksuisella joustavalla silikonilevyllä, joka on täynnä pieniä ilmataskuja. Ne voidaan paisuttaa ja tyhjentää itsenäisesti kymmeniä kertoja sekunnissa ja toimia siten pikseleinä - tai "takseleina" tuntuelementeille - luomalla sensaatiorakenteen. Ne saattavat tarjota sellaisia tunteita kuin mitä Ready Player One -sovelluksessa tarjotaan, tai palautetta robottien tai proteesien raajojen sijainnista. SPA-iho on upotettu myös antureista, jotka on valmistettu uudesta, korroosionkestävästä metalliseoksesta, jonka avulla samaa ihoa voidaan käyttää tietokoneen syöttöön, kun käyttäjä puristaa sitä.
Noasentiksen luomassa ja myös ohuemmassa, alle puolen millimetrin paksuisessa haptisessa kalvossa on uutta muotoa polyvinylideenifluoridimuovia, joka tasapainottaa lujuutta, joustavuutta ja sähköistä reagointikykyä. Kun kalvo kerrostetaan joustavan materiaalin arkin yhdelle puolelle ja siihen kohdistetaan sähkövaraus, kalvo supistuu ja taipuu arkkia kohdistamalla painetta ihoa vasten. Novasentis tarjoaa nyt materiaalia laitevalmistajille, jotka asettavat sen käsineisiin virtuaalitodellisuutta ja pelaamista varten.
"Voit erottaa veden hiekasta ja kalliosta", sanoo yrityksen markkinointijohtaja Sri Peruvemba. VR-suunnittelijat voisivat myös luoda abstraktimpia esityksiä, kuten sensaation tarjoamia viestejä pelin tilasta. "Voimme luoda kokonaisen haptisen kielen tekniikkamme avulla", Peruvemba sanoo.
Tärinä voi tuottaa toisenlaisen haptisen illuusion: vetämisen tunne. Jos laite, joka värisee edestakaisin ihon pinnan kanssa, liikkuu nopeasti yhteen suuntaan ja hitaasti taaksepäin, useita kertoja sekunnissa, tuntuu siltä, että se vetää ihoa ensimmäiseen suuntaan.
Vaikka useimmat kudotut käyttävät tuntoherkkyyttä, ne voivat käyttää myös kinesteettisen tunteen lihas-nivel-jänne-panosta. Insinöörit ovat kehittäneet robottisia eksoskelettejä, eräänlaisia runkoon kiinnitettyjä antureilla ja moottoreilla varustettuja telineitä, jotka voivat auttaa halvaantuneiden ihmisten kävelyä, antaa sotilaille supervoimaa ja antaa ihmisten hallita robotteja etäältä. EPFL: n laboratorio on kehittänyt FlyJacketin, jota yksi käyttää käsivarsillaan suoraan sivuille ja yhdistää männät vyötärölle. Se ei näytä erityisen lentävältä, mutta antaa ihmisille mahdollisuuden hallita ilma-droonien lentoa liikuttamalla käsiään ja kiertämällä vartaloaan. Kun drooni tuntuu tuulenpuhalta, niin sinäkin teet.
Viimeinen luokka laitteita ovat kosketettavat rajapinnat, kuten älypuhelinten näytöt, jotka antavat vähän iskuja, kun napsautat sovellusta. Culbertsonin teos työntää yksinkertaisten kuoppien ja summien ulkopuolelle. Hän simuloi pintakuvioita käyttämällä sitä, mitä hän kutsuu "datavetoisiksi haptikoiksi". Sen sijaan, että kirjoittaa monimutkaisia algoritmeja tai fysiikan malleja tuottaakseen tärinää, joka simuloi todellisia, hän kirjaa mitä tapahtuu, kun jotain vetää eri kankaiden tai muiden materiaalien yli eri nopeudella ja paineet. Sitten hänellä on pinta, joka toistaa tärinää, kun kynää vedetään sen yli. Sovellukset voivat sisältää verkkokaupoissa ja virtuaalimuseoissa.
Kosketettava kosketuslaite antaa käyttäjän “tuntea” erilaiset pintakuviot riippuen siitä, mitkä värähtelykuviot siirtyvät kynän läpi. Tärinä muuttuu riippuen kynän liikkumisen nopeudesta tai siitä, kuinka suurta painetta käyttäjä kohdistaa. Tavoitteena on simuloida realistisesti pintojen karheutta, kovuutta ja liukkautta. (Heather Culbertsonin kohteliaisuus) Kosketettavat pinnat sallivat myös tyyppisiä illuusioita. Esimerkiksi, Culbertson sanoo, pelaamalla napin napsautuksen ääntä napauttamalla kuvan painiketta saadaan tuntumaan kuin nappi todella napsahtaa. Tai se, että näytön näyttää muodonmuutos sormen alla, voi tehdä siitä tuntuman pehmeämmältä. Ihmiset rakentavat havainnon sitomalla yhteen näkö, ääni, kosketus, maku ja haju - ja kuten Culbertson sanoo: "Aivojen huijaaminen on todella helppoa, jos aistien välillä ei ole eroa."
VR: n realistiset haptikot voivat olla ikuisesti hankalia ja kalliita. Tai tekniikka voi lopulta tehdä Ready Player One -sovelluksesta viehättävän. Kummassakin tapauksessa, kuten voimme nähdä vauvavaiheissa, kuten videopeliohjaimien ja loputtomasti värähtelevien puhelimien ja kellojen tunkeutuva rypistyminen, haptiset laitteet ovat täällä jäämään, lisääen uuden ulottuvuuden digitaaliseen elämäämme.
Knowable Magazine on vuosittaisten arvostelujen riippumaton journalistinen yritys. 
