اللمس بدقة عالية: مستقبل الواقع الافتراضي

كشف فريق من مهندسي جامعة نورث وسترن النقاب عن أول جهاز لمس قابل للارتداء في العالم قادر على محاكاة اللمس البشري. يُطلق على هذا الجهاز اسم VoxeLite، ويُمكّنك من إيصال أدق تفاصيل الأسطح إلى أطراف أصابعك، مما يفتح الباب أمام الجيل القادم من تجربة الواقع الافتراضي، والتحكم الآلي، وغير ذلك الكثير. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

لماذا يتأخر اللمس في الواجهات الرقمية

على مدار نصف القرن الماضي، تمكن العلماء تدريجيًا من زيادة قدرة الآلات على مطابقة حواسك. على سبيل المثال، أعاقت معدلات الإطارات المنخفضة جودة الفيديو في بداياته، تمامًا كما احتاجت أنظمة الصوت إلى تحسين أجهزتها لتتوافق مع آذاننا.

مع حلول العصر الرقمي، أصبح من الممكن تلبية دقة حواسك الزمنية، بل وتجاوزها. ولّت أيام الشاشات الرقمية المُبكسلة. تُتيح خيارات الدقة العالية اليوم جودة صورة واقعية مع صوت واقعي يُضاهيها.

بينما كانت أعيننا وآذاننا تحظى باهتمام كبير، تأخرت حواسنا الأخرى عن الانضمام إلى عصر الرقمنة. ومع ذلك، فتحت التطورات الحديثة الباب أمام التجارب الافتراضية حيث يمكنك ذوق و رائحة وينطبق الأمر نفسه على تقنية اللمس، التي تأخرت في التكامل الرقمي.

تطور أنظمة اللمس

بينما بلغت دقة الشاشة مستوىً خارقًا من الوضوح، ظل التكامل اللمسي راكدًا. ومن المثير للاهتمام أن مفهوم استخدام اللمس كوسيلة للتواصل بين الآلات والبشر ظهر لأول مرة في سماء الحرب العالمية الثانية. حينها، أضاف مهندسو القوات الجوية ردود فعل لمسية إلى عصي التحكم للطيارين كجزء من أنظمة تحذير التوقف.

في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، شهدت التكنولوجيا تطورًا تدريجيًا مع بدء استكشاف الناس لكيفية استخدام هذه الأنظمة لتوصيل رسائل أكثر تعقيدًا. وقد أدى هذا العصر إلى ابتكار أنظمة هواتف لمسية مصممة خصيصًا لضعاف البصر.

بحلول ثمانينيات القرن الماضي، بدأ مطورو ألعاب الفيديو بتجربة ردود الفعل اللمسية. وفجأةً، أصبح لدى لاعبي الأركيد عجلات قيادة تهتز عند القيادة على الطرق الوعرة، وبنادق تهتز عند إطلاقها. وأدت هذه التكاملات في النهاية إلى ظهور مجموعة متنوعة من الأجهزة اللمسية المصممة لمنح اللاعبين تجربة غامرة أكثر.

لماذا ردود الفعل اللمسية الحالية غير كافية

من الجدير بالذكر أن جميع هذه الأنظمة اعتمدت على اهتزاز بسيط كوسيلة لنقل المعلومات. إلا أن اللمس حاسة معقدة قادرة على نقل الكثير من المعلومات إذا تم نقلها بطريقة تعتمد على حساسية الإنسان. وللأسف، لا تزال غالبية أنظمة التغذية الراجعة اللمسية المستخدمة اليوم تعتمد على محرك اهتزازي لإشعار الأشخاص.

تخيّل لو أن هاتفك المحمول يستطيع أكثر من مجرد رنين لإعلامك بوصول رسالة. ماذا لو استطاع نقل معلومات تلك الرسالة إليك مباشرةً باستخدام اللمس؟ قد يصبح هذا المفهوم، وغيره الكثير، حقيقةً بفضل بعض المفكرين المبدعين.

المشاكل التي تحد من التقدم اللمسي

هناك أسباب عديدة تمنعك من الشعور بحرارة ذلك الانفجار في لعبة الواقع الافتراضي الخاصة بساحة المعركة، أو من تمرير يديك على درعك والشعور بآثار الضرر. أولًا، تحقيق الدقة البشرية، أي القدرة على مطابقة القدرات المكانية والزمانية لأصابع الإنسان، أمرٌ مكلف للغاية. ثانيًا، هذه الأحاسيس فورية، ويمكنها رصد التفاصيل الدقيقة بدقة بمجرد تمريرة بسيطة عليها.

حتى الآن، هذه الأجهزة كبيرة ومعقدة، مما يجعلها غير عملية للاستخدام حتى الآن. مع ذلك، قد تفتح التطورات الجديدة الباب لتجربة حوسبة أكثر عملية في المستقبل.

دراسة اللمس بدقة الإنسان

استخدم نحو لمسيات بدقة بشرية: شاشة لمسية عالية النطاق الترددي وعالية الكثافة وقابلة للارتداء دراسة¹تسلط دراسة نشرت في مجلة Science Advances هذا الأسبوع الضوء على أول أنظمة اللمس القابلة للارتداء القادرة على توفير الدقة البشرية لمن يرتديها.

فوكس لايت

مستشعر اللمس VoxeLite هو جهاز مريح للغاية قابل للارتداء، مصمم ليمنحك تجربة لمس رقمية حقيقية. يتميز الجهاز بواقعيته وراحته الفائقة عند ارتدائه أو استخدامه في مهام أخرى. يُوضع هذا الجهاز على أطراف أصابع المستخدم، ويبلغ سمكه 0.1 مليمتر، ويزن 0.19 غرام فقط.

المصدر - Science.org

العقد اللاصقة الكهربائية: كيف تعمل

تعتمد هذه التقنية على عُقد مصممة خصيصًا على طرف الإصبع من النظام الشبيه بالضمادة. لفهم المفهوم بشكل أفضل، يمكنك تخيل هذه العُقد كبكسلات على شاشتك. هذه المُشغلات الكهربائية اللاصقة اللينة، القابلة للتحكم بشكل فردي، قادرة على توفير قوى موزعة عالية الدقة عند تفعيلها.

يُذكر أن العقد صُممت باستخدام قطب كهربائي داخلي وطبقة خارجية موصلة مغطاة بقبة مطاطية ناعمة. هذا التصميم يجعلها عالية الاستجابة، مما يُمكّنها من الضغط على الجلد بسرعات فائقة لتقديم أنماط دقيقة تتناسب مع السطح المُرقمن. والجدير بالذكر أن العقد تدعم 800 حركة في الثانية، مما يُتيح استجابة فورية.

التحكم في العقد عبر الجهد والالتصاق الكهربائي

لتشغيل العُقد، يستخدم المهندسون بروتوكولًا مُصممًا خصيصًا لهذه المهمة. يُطبّق هذا البرنامج قوى كهروستاتيكية دقيقة تُؤدي إلى التصاق كهربائي. تُشبه هذه القوة فرك بالون على شعرك ليرفعه، أو كيف... القراد يمكنها القفز لمسافات طويلة للالتصاق بفريستها.

هذه القوة الميكانيكية شديدة التركيز تُجبر العقدة على الإمساك بإصبعك بزاوية وضغط دقيقين، مُحاكيةً سطحًا ما. يُمكّن هذا الهيكل من محاكاة الأسطح الخشنة ويزيد الاحتكاك بتطبيق جهد أعلى. كما يُمكنه خفض الجهد لإنشاء سطح زلق.

كثافة العقد: مطابقة أطراف الأصابع البشرية

كان جوهر هذه التقنية هو تحقيق الكثافة المثالية. واضطر المهندسون إلى قضاء وقت طويل في تحديد المسافة الدقيقة لكل عقدة لضمان قدرة الإصبع على التمييز بينها بطريقة تُمكّن من إعادة إنشاء الأسطح رقميًا.

إذا تقاربت العقد كثيرًا، فستفقد قدرتها على نطق أفعالها دون أن تمتزج بالعقد الأخرى المجاورة لها، مما يؤدي إلى فقدان الوضوح. كذلك، إذا كانت العقد متباعدة جدًا، فستفقد القدرة على إعادة إنشاء التفاصيل الدقيقة.

في النهاية، استقر الفريق على نافذة تصميمية بسمك يتراوح بين 1 مم و1.6 مم. مكّنهم هذا الهيكل من ابتكار لمسات دقيقة ونقل أحاسيس لمسية محددة بدقة عبر وضعي تشغيل الجهاز.

الوضع النشط

في الوضع النشط، يُعدّل VoxeLite زاوية العقدة وضغطها باستمرار لمحاكاة التجربة المطلوبة. تخيّل أنك تمرر إصبعك على شاشة هاتفك الذكي وتشعر بالصورة عليها. هذه الأحاسيس اللمسية الافتراضية تُعيد تمثيل كامل نطاق تردد اللمس البشري، مما يفتح الباب أمام ابتكارات تكنولوجية هائلة في المستقبل.

مزاج سيء

يُستخدم الوضع السلبي عند وجود مهام أخرى عليك إنجازها. يصبح الجهاز صامتًا، وبفضل تصميمه الرفيع للغاية، يمكنك ممارسة أعمالك كالمعتاد، كما لو لم تكن ترتديه على الإطلاق. يشبه هذا الأسلوب النظارات الطبية، على عكس نظارات الواقع الافتراضي، التي تُصبح غير مريحة بعد بضع دقائق فقط.

اختبار اللمس للدقة البشرية

انطلق المهندسون لاختبار نظريتهم باستخدام جهاز VoxeLite مُصمّم في المختبر، مُزوّد ​​بعُقد مُتباعدة بمسافة 1.6 مم. في الاختبار، ارتدى المشاركون الجهاز وأجروا عدة مهام. خلال الاختبارات، راقبوا قدرة النظام على التواصل مع الأسطح المادية والقوام الافتراضي باستخدام أنظمة الاستشعار البيومترية.

أثبتت نتائج الاختبار نجاح الفريق في مشروعه. وتحديدًا، تمكّن جهاز VoxeLite من مشاركة الملمس بدقة عند تردد 800 هرتز. ومن المثير للإعجاب أنه أنتج كثافة تشغيلية بلغت 110 عقدة لكل سنتيمتر مربع، مما مكّنه من نقل ملمس الجلد والقماش المخملي والقماش المنفوش بدقة 81% إلى مرتديه.

فوائد تقنية اللمس البشري

يقدم هذا النمط من أنظمة اللمس في السوق العديد من المزايا. أولًا، صُمم مع مراعاة الراحة. وكان قرار المهندسين بالتركيز على تصميم جهاز مريح قابل للارتداء قرارًا حكيمًا. إذ يُمكّن جهازهم الشخص من ارتدائه واستخدامه فقط عند الحاجة في الوضع النشط. كما أن خفة وزنه وراحته تعنيان أنه من المرجح أن يستخدمه المزيد من الأشخاص أيضًا.
مرر للتمرير →

دقة عالية جدًا: فائدة كبيرة

من المزايا الرئيسية الأخرى دقة الوضوح. لعقود، كانت دقة الوضوح البشري في جهاز مريح قابل للارتداء تبدو مستحيلة، لكن هذا النهج الجديد يُغني عن المحركات أو المكونات المعقدة الأخرى. وبدلًا من ذلك، تُوفر الكهرباء الساكنة الطريقة الأمثل لتحريك العقد لمحاكاة اللمس.

تطبيقات اللمس في العالم الحقيقي والجدول الزمني للدقة البشرية:

هناك استخدامات عديدة للأجهزة فائقة النحافة، خفيفة الوزن، مرنة، وقابلة للارتداء، تُقدم استجابة لمسية عميقة. على سبيل المثال، يُمكنها مساعدة ضعاف البصر. تخيّل قفازًا يُنبه أي شخص يقترب من حافة أو خطر مُحتمل. إليك بعض التطبيقات الرائعة الأخرى لهذه التقنية.

الجيل القادم من الواقع الافتراضي: الشعور بالبيئة الافتراضية

قد تصبح أنظمة الواقع الافتراضي أكثر واقعيةً بكثير إذا طُرحت هذه التقنية للعامة. تخيّل تمرير إصبعك على بلورة في عالم ألعابك المفضل، وأكثر من ذلك. ستُمكّن هذه التقنية من دمج الحدود بين العالمين الافتراضي والواقعي بشكل أكبر، مما يُؤدي إلى تجارب افتراضية مذهلة بحق.

تجارب افتراضية مُحسّنة

مع أنه من السهل إدراك كيف يمكن لهذا التطور أن يُفيد قطاع الألعاب، إلا أنك قد لا تُدرك مدى تأثيره على قطاعات رقمية أخرى، مثل التجارة الإلكترونية. تخيّل أن تتمكن من الشعور بملمس قميصك التالي قبل شرائه. هذا وأكثر بكثير ممكن.

الروبوتات والتحكم عن بعد

قطاع الروبوتات هو القطاع الذي سيستفيد بلا شك من هذه الدراسة. لعقود، تسابق المهندسون لابتكار أيادٍ روبوتية تُشبه الأيدي البشرية. ورغم كثرة المحاولات، إلا أن هذا النوع من ردود الفعل اللمسية قد يُمكّن وحدة التحكم من الشعور بما يشعر به الروبوت.

وبالتالي، سيُمكّن ذلك من اللمس البشري عبر النفاذ، ويفتح الباب أمام مهام روبوتية عالية الدقة. قد تُلهم هذه الاستراتيجية المزيد من الجراحات بمساعدة الروبوتات، إذ يُمكن للجراح اكتساب فهم أعمق من خلال اللمس.

الجدول الزمني للدقة اللمسية البشرية

قد يستغرق الأمر من 5 إلى 7 سنوات أخرى قبل أن تصل هذه التقنية إلى الجمهور. ومع ذلك، هناك طلب كبير عليها في العديد من المجالات، وخاصةً في القطاع الطبي. وبالتالي، يمكن دمجها أولاً في أنظمة الجراحة الروبوتية قبل أن تصل إلى اللاعبين والمتسوقين على حد سواء.

باحثون في مجال دقة اللمس البشرية

قادت جامعة نورث وسترن دراسة ردود الفعل اللمسية للدقة البشرية. وضمّت الورقة البحثية أسماء المهندسين سيلفيا تان، ومايكل أ. بيشكين، وروبرتا ل. كلاتزكي، وجيه. إدوارد كولجيت كمساهمين.

تجدر الإشارة إلى أن كولجيت وبيشكين عملا سابقًا على نظام يستخدم الالتصاق الكهربائي لتعديل الاحتكاك بين طرف الإصبع وشاشة اللمس. ويُعتبر هذا العمل امتدادًا لهذا البحث، إذ يُحسّن المفهوم، ويجعله قابلًا للارتداء وأكثر دقة.

مستقبل اللمس بدقة عالية

يعتقد المهندسون أن عملهم سيؤدي إلى انتشار أجهزة VoxeLite. وخلال مناقشة رؤيتهم، وصفوا عالمًا يرتدي فيه المستخدمون أجهزة VoxeLite طوال اليوم كسماعات رأس أو نظارات BT، ويستخدمونها عند الحاجة للتفاعل مع شاشاتهم الذكية والأجهزة الأخرى.

الاستثمار في ابتكار الواقع الافتراضي

هناك العديد من الشركات في قطاع الواقع الافتراضي التي تواصل دفع عجلة التكنولوجيا قدمًا. تسعى هذه الشركات إلى تطوير تجربة الواقع الافتراضي من خلال استراتيجيات جديدة للمدخلات الحسية. إليكم شركة تواصل ريادتها في الابتكار في قطاع الواقع الافتراضي مع الحفاظ على أفضل ممارسات العمل.

شركة Unity Software Inc (U)

انطلقت شركة Unity Software كمطورة لألعاب الفيديو عام ٢٠٠٤، قبل أن تُحوّل استراتيجيتها التجارية نحو محركات الألعاب. وقد أدرك مؤسسو الشركة، ديفيد هيلجاسون ونيكولاس فرانسيس ويواكيم أنتي، أهمية تبسيط تطوير العوالم الافتراضية ثلاثية الأبعاد.

ساعد هذا القرار الشركة على النمو لتصبح مزودًا رائدًا لمحركات الألعاب. واليوم، تُشغّل منصتها عمليات المحاكاة، والأفلام، وتجارب الواقع الافتراضي، وتصميمات الطيران، وغيرها الكثير. على الراغبين في الانخراط في قطاع الواقع الافتراضي البحث أكثر في Unity Software ومنتجاتها.

أحدث أخبار وأداء أسهم شركة Unity Software Inc (U)

دقة اللمس البشرية | الخاتمة

تُعدّ دراسة ردود الفعل اللمسية بدقة عالية تُمثّل نقلة نوعية في مجال التكنولوجيا. وقد أثبتت استراتيجية المهندسين الفريدة، التي تعتمد على القوى الكهروستاتيكية، أنها الخيار الأمثل حتى الآن. ونأمل أن يُحسّن المهندسون ابتكارهم ويصل إلى الجميع، مما يفتح الباب أمام مستوى جديد من الانغماس الافتراضي للجميع.

تعرف على تطورات الواقع الافتراضي الرائعة الأخرى هنا

مراجع حسابات

^{1. تان، س.، بيسكين، م.أ، كلاتزكي، ر.ل، وكولجيت، ج.ي. (2025). نحو لمسيات بدقة بشرية: شاشة لمسية عالية الكثافة وعالية النطاق الترددي وقابلة للارتداء. التقدم العلمي. https://doi.org/adz5937}