Hands On: Hvordan Haptic Technologies vil bringe berøring til VR

Annonse

Nesten alt av imponerende Hvorfor Virtual Reality Technology vil blåse tankene dine om 5 årFremtiden til virtual reality inkluderer hode-, øye- og uttrykkssporing, simulert berøring og mye mer. Disse fantastiske teknologiene vil være tilgjengelige for deg om 5 år eller mindre. Les mer VR-arbeid som er utført til dags dato har fokusert på bare to sanser: synet ditt og hørselen. Det er en flott start, og en som vil gjøre det mulig med mye kraftige opplevelser VR er i ferd med å endre filmskaping for alltid: Slik gjør du detVirtual reality er en ny måte å kommunisere med seeren på, og mange mennesker med bakgrunn i tradisjonell filmskaping synes mulighetene er spennende. Les mer , men det er ufullstendig. For å fordype brukere i interaktive virtual reality-miljøer, vil det være nødvendig å bygge perifere enheter som fullt ut berører din følelse av berøring.

Dessverre er berøring en mye vanskeligere følelse å lure enn synet er. Med syn, er all maskinvaren å gjøre å avbryte signaler som reiser til øynene. Derimot dekker huden omtrent to kvadratmeter av kroppen din og artikulerer kompliserte toveis interaksjoner med verden.

Dette er organet som haptisk teknologi prøver å lure, og det er vanskelig. Det er en rekke eksterne enheter Det neste trinnet i immersion virtual reality - Razer Hydra & The OmniNå som Oculus Rift er i hendene på utviklere og entusiaster (les min omfattende anmeldelse av Oculus Rift), er arbeidet med forbrukerversjonen godt i gang. Nye spill utvikles, eksisterende ... Les mer som eksisterer for å hjelpe til med å bygge nedsenking, men ingen tilgjengelige akkurat nå gir virkelig overbevisende haptiske opplevelser.

Problemet blir verre fordi hudstimulering ikke har den lange forskningshistorien som optiske skjermer gjør. Den første bruken av et skanningsskjerm for å gjenskape et bilde var i 1907, og det tok forskere og ingeniører nesten et helt århundre for å få skjermer som er små og nøyaktige nok til å gi en god virtual reality-opplevelse. Den tilsvarende reisen, for berøring, begynner først nå.

I denne artikkelen skal vi utforske noen teknologier i utvikling i dag som kan gi litt følelse av berøring til VR-brukere. Jeg har rangert teknologiene etter kvaliteten på opplevelsen de potensielt kan gi, og hvor mye arbeid som trengs før de kan kommersialiseres.

rumble

En enkel måte å gi tilbakemelding om rudimentær kraft er ved bruk av enkle vibrerende motorer, av den typen som finnes i rumblepakkene til moderne videospillkontrollere. Disse får en ny dimensjon i VR, ettersom de er i stand til å knytte spesifikke vibrasjonsfrekvenser og intensiteter til grensene for virtuelle objekter.

Brukere kan kjenne en liten blipp når de berører et objekt eller et UI-element, og en sterkere puls når de aktiverer det (ligner på kraft-tilbakemelding på moderne smarttelefon-skjermer).

Denne typen tilbakemeldinger kan også brukes til å formidle overflatenes struktur. Med en kraft-tilbakemeldingsenhet på hver finger, som i tilfelle av Glove1, kan denne teknologien være nyttig for å navigere i virtuelle grensesnitt med lukkede øyne. Når det er sagt, gir denne teknologien en veldig spartansk, funksjonell tilnærming til berøring, og vil aldri være mye av en fordypningsbygger.

Hudskjær Haptics

Hudskjærteknologi er basert på et overraskende faktum om berøringsfølelsen vår, som er at vi først og fremst dømmer lett, ikke-smertefullt press etter hvilken grad huden vår glir rundt (noe du enkelt kan teste ved å berøre et sted på huden din og skyve finger.

Når huden strekker seg, øker følelsen av trykk. Dette er nyttig, fordi hudskjær er noe det er lett å reprodusere mekanisk, og kan gi illusjonen av vedvarende press, noe som ikke er mulig med en enkel vibrering motor.

Akkurat nå er den mest avanserte implementeringen av denne teknologien Tactical Haptics-kontrolleren, som festes til STEM-bevegelseskontrollsystemet og gir grov trykk tilbakemelding som svar på virtuelle interaksjoner som pistol rekyl, flytte en stav gjennom et materiale og svinge en virtuell vekt rundt på en virtuell kjede.

Resultatene er overraskende overbevisende for enkelhetens mekanisme. Det er lett å se for seg å bygge en hanske som gir denne typen tilbakemeldinger med mer presisjon, og som tillater virtuell objekter for å ha tetthet, om ikke soliditet: objekter kan føles hardt, de vil bare ikke kunne stoppe bevegelsen til brukerens hånd.

Dette er en stor forbedring, selv om den har mange av de samme begrensningene som enkel rommel - ren hudteknologi kan lure berøringsfølelsen, men den kan ikke lure propriosepsjonen (den intuitive følelsen av hvor lemmene dine er og hvordan de har det bevegelse). Selv om brukerens hud forteller dem at de har truffet noe solid, vet musklene at hånden beveger seg flytende gjennom den.

Robotic Armatures

Dette er den delen der det hele begynner å bli litt rart. La oss si at teknologien må være i stand til å hindre brukere fra å presse hendene gjennom objekter, for å skape en mer overbevisende illusjon av soliditet. Det betyr at du må utøve kraft på lemmet fra en eller annen ytre referanseramme.

Den enkleste måten å oppnå det på er å bruke robotikk, som enten fester seg til kroppen din eller bakken, og hindrer bevegelse utenfor grensene for den virtuelle geometrien.

For bare en hånd (slik at brukeren kan ta tak i og føle soliditeten til virtuelle objekter, ser det ut som dette.

Kinda skummelt, ikke sant? Det er mange ting som hansken fremdeles ikke kan gjøre. Hva om objektet du berører er tungt? Hva om det er noe solid, som en vegg, som må motstå bevegelser fra skuldre og albuer, samt håndleddet og fingrene? Vel, da trenger du noe slikt:

Nettstedet for cyberglove viser ikke en pris for enheten i videoen over, men andre systemer som den løper inn i hundretusenvis av dollar. En del av grunnen til dette er at bare noen få industrielle og militære organisasjoner faktisk kjøper disse enhetene (og i veldig små antall), noe som driver prisen opp.

Den andre delen er at dette er virkelig imponerende utstyrsutstyr på teknisk nivå. Tenk på hva som er nødvendig for å gi en overbevisende haptisk tilbakemeldingsopplevelse av å berøre et solid objekt. Hvis brukeren hviler hånden mot en virtuell vegg og skyver, må systemet oppdage bevegelsen, ta kontakt med simuleringen for å finne ut at de berører et solid objekt, beveger deretter fysisk (og flytende) ankeret for å motstå bevegelsen og returnere brukerens hånd til sin opprinnelige posisjon.

Alt dette må gjøres før hjernen kan registrere at bevegelsen har begynt. Det er en enorm teknisk utfordring, og selv den beste maskinvaren i dag oppnår ikke den perfekt.

Den andre begrensningen her, bortsett fra utfordringene med å få produksjonskostnadene ned til et akseptabelt nivå, har å gjøre med å gjøre teknologien praktisk. Bokstavelig talt deg selv i en forseggjort og kraftig mekanisk armatur har betydelige psykologiske barrierer knyttet til det. Det er tvilsomt om brukere vil være villige til å stille opp med den slags ulemper med jevne mellomrom, selv om teknologien er sofistikert nok til å gi en god opplevelse.

Det nærmeste denne teknologien har kommet for å bli distribuert på et forbrukernivå, er i form av enheter som Berør noe som ikke er der - Haptic Technology [MakeUseOf Explains]Haptics er teknologien for berøring. I sammenheng med et virtuelt miljø vil det bety å kunne berøre og føle noe som bokstavelig talt ikke er der, men det er absolutt ikke det eneste bruket. Fra... Les mer Novint Falcon. Falken er ikke en virtual reality-enhet som sådan, gitt at arbeidsområdet er en sfære bare noen få centimeter over det sagt, det gir høy presisjon, tilbakemelding på tre akser med kraft, og er den eneste enheten på et forbrukerpris som gjør det så.

Novint har jobbet med et armbasert eksoskjelett kalt Xio en stund, selv om dette prosjektet ser ut til å være i limbo foreløpig, etter selskapets økonomiske problemer.

Potensielt kan slike armeringer gjøres enklere og billigere ved bruk av elektroaktive polymerer - kunstige ‘muskler’. laget av plast som trekker seg sammen som respons på elektrisk strøm, og er generelt billigere og mer kompakte enn ekvivalente lineære motorer.

Akustisk tilbakemelding

En helt uavhengig tilnærming til problemet er å bruke fasede ultralydnett for å lage tette interferensmønstre i luften, som er registrert av huden som fast, og kan gi faktiske motstand. Teknologien kan brukes til å projisere virtuelle 3D-objekter i luften som brukerne kan berøre, med knutepunktene for kryssende trykkbølger som gir ekte kraft på brukerens hender.

Ved første rødme kan dette se ut til å være den magiske kulen for VR-haptisk tilbakemelding. Dessverre er det noen begrensninger. Oppløsningen er begrenset av frekvensresponsen til høyttalerne, så vel som antallet av dem: Å kunne dekke et stort romlig område er ikke nødvendigvis praktisk.

Mer betydelig er det betydelig "lekkasje" - akustisk energi danner utilsiktet noder og semi-noder i rommet rundt der det blir laget forsettlige mønstre (noe du kan se i oljen). Trykket produsert av dette systemet er veldig svakt: å prøve å skalere dem opp til volumer som kan utøve flere kilo trykk på kroppen din ville innebære en enorm mengde energi og kan være fysisk farlig for brukere.

Nervestimulering

Til slutt vil vi ta et øyeblikk å berøre en mer spekulativ teknologi. En måte (noen mennesker vil hevde den ultimate måten) å engasjere seg med følelsen av berøring er ved å direkte stimulere nervene i brukerens armer, ryggrad eller hjerne. Ved å gjøre dette, er det mulig å lure berøring, propriosepsjon, hele ni meter - inkludert sensasjoner som temperatur som kan være upraktisk å oppnå med dress eller robotarmatur. Potensielt kan forskere gjøre alt dette uten å kreve tungvint robotdrakt eller innfasede akustiske nett.

Det har allerede blitt gjort noe arbeid på dette fronten innen protesebein, direkte tapping i skarpe nerver for å sende signaler tilbake fra sensorer i protesen, for å skape en syntetisk følelse av ta på.

Hjernestimulering kan gi lignende tilbakemeldinger. Det grunnleggende problemet med denne typen teknologier er at de krever ganske invasiv kirurgi for å kunne installere nervegrensesnittene - kirurgi som er uakseptabelt risikabelt for friske mennesker. De er også ganske rå og grovkornet, med tanke på presisjonen til tilbakemeldingene.

For at disse skal være praktiske som et haptisk grensesnittparadigme, må du virkelig kunne være i stand til å få oppløsningen av elektrode-grensesnittet mye finere, og redusere inngripen i prosedyren. Det er noen få tilnærminger her, alt fra nanoteknologi Hvordan nanoteknologi endrer medisinens fremtidPotensialet for nanoteknologi er enestående. Ekte universelle forsamlere vil innlede et dypt skifte i menneskets tilstand. Selvfølgelig er det fortsatt en lang vei å gå. Les mer y til optogenetics Hjernekontroll med lys: Det er mulig med optogenetikkI løpet av bare de siste årene dukker det opp en ny teknikk kalt "optogenetikk", som kan hjelpe forskere til å avdekke hjernens hemmeligheter (og behandle lidelser derav) på en helt ny måte. Les mer , men det virker trygt å si at store gjennombrudd er usannsynlige de neste årene.

Fremtiden til berøring

Det er fremdeles tidlige dager for virtual reality, og det er foreløpig ikke bred etterspørsel fra forbrukere etter haptiske grensesnitt - men det vil det være. Det enorme gullrusen med virtual reality-innovasjon begynner først nå, og vi vil sannsynligvis se alle disse teknikkene massivt forbedret i årene som kommer.

Når det er sagt, virker ingen av dagens teknologier perfekte. Alle av dem har minst en alvorlig ulempe, enten med tanke på kvaliteten på sensasjonen de kan gi, eller hindringene for bruken av dem. Det er fullt mulig at den eventuelle "perfekte" løsningen på VR-innspill ikke er oppfunnet ennå. Hvis det er tilfelle, er jeg ivrig etter å se hvilke utviklere som kommer på det neste.

Er du spent på haptiske VR-grensesnitt? Er det et spennende produkt eller teknologi som vi ikke dekket her? Gi oss beskjed i kommentarene!

Bildetillegg: Håndfangst Via Shutterstock