Ihmisen resoluution haptiikka: VR-kosketuksen tulevaisuus

Northwestern Universityn insinööritiimi julkisti juuri maailman ensimmäisen puettavan haptisen laitteen, joka pystyy matkimaan ihmisen kosketusta. VoxeLite-niminen laite pystyy tuomaan pienimmätkin yksityiskohdat pinnoista sormenpäihisi, mikä avaa oven seuraavan sukupolven VR-immersiolle, robotiikan ohjaukselle ja paljon muulle. Tässä on mitä sinun tulee tietää.

Miksi kosketusviive digitaalisissa käyttöliittymissä

Viimeisen puolen vuosisadan aikana tiedemiehet ovat hitaasti kyenneet parantamaan koneiden kykyä mukautua aisteihisi. Esimerkiksi alhainen kuvataajuus heikensi alkuaikojen videonlaatua samalla tavalla kuin äänijärjestelmien piti parantaa laitteistoaan, jotta ne vastaisivat aistejasi.

Digitaalisen aikakauden alkaessa aistien ajallisen resoluution saavuttaminen ja jopa ylittäminen oli mahdollista. Pikselöityjen digitaalisten näyttöjen aika on kaukana takanapäin. Nykypäivän teräväpiirtovaihtoehdot tarjoavat todenmukaisen kuvanlaadun ja vastaavan realistisen äänen.

Vaikka silmämme ja korvamme saivat paljon huomiota, muut aistit olivat myöhässä digitalisaatiosta. Viimeaikaiset edistysaskeleet ovat kuitenkin avanneet oven virtuaalisille kokemuksille, joissa voit näppäimet ja haju Sama pätee kosketusnäyttöön, joka on jäänyt jälkeen digitaalisten integraatioiden suhteen.

Haptisten järjestelmien kehitys

Vaikka näytön resoluutiot saavuttivat yli-inhimillisen selkeyden, haptinen integraatio on pysynyt ennallaan. Mielenkiintoista kyllä, kosketuksen hyödyntäminen koneiden ja ihmisten kommunikointikeinona nousi ensimmäisen kerran lentoon toisen maailmansodan taivaalla. Silloin ilmavoimien insinöörit lisäsivät haptisen palautteen ohjaajan ohjaussauvoihin osana sakkausvaroitusjärjestelmiään.

1960- ja 1970-luvuilla teknologia kehittyi hitaasti ihmisten tutkiessa, miten näitä järjestelmiä voitaisiin hyödyntää monimutkaisempien viestien välittämiseen. Tämä aikakausi johti näkövammaisille suunniteltujen haptisten puhelinjärjestelmien luomiseen.

1980-luvulle tultaessa videopelien kehittäjät alkoivat kokeilla tuntopalautetta. Pelihallipelaajilla oli yhtäkkiä ohjauspyörät, jotka nykivät ajaessaan kuoppaisilla teillä, ja aseet, jotka värisivät laukaistaessa. Nämä integraatiot johtivat lopulta erilaisiin haptisiin laitteisiin, jotka oli suunniteltu antamaan pelaajille enemmän mukaansatempaavuutta.

Miksi nykyinen haptinen palaute on riittämätöntä

Merkillepantavaa on, että kaikki nämä järjestelmät käyttivät yksinkertaista värähtelyä tiedon välittämiseen. Kosketus on kuitenkin monimutkainen aisti, joka voi välittää paljon tietoa, jos se välitetään ihmisen herkkyyttä hyödyntävällä tavalla. Valitettavasti suurin osa nykyään käytössä olevista haptisista palautteenantojärjestelmistä perustuu edelleen värähtelevään moottoriin ihmisten ilmoitusten välittämiseen.

Kuvittele, jos matkapuhelimesi voisi tehdä enemmän kuin vain antaa sinulle äänimerkin ilmoittaakseen, että sinulla on viesti. Entä jos se voisi välittää viestin tiedot sinulle suoraan kosketuksen avulla? Tämä ja paljon muuta voisi vihdoin toteutua joidenkin uusien ajattelijoiden ansiosta.

Haptista edistymistä rajoittavat ongelmat

On monia syitä, miksi et voi tuntea räjähdyksen aiheuttamaa kuumuutta taistelukentän VR-pelissäsi tai tuntea vaurioiden aiheuttamia taipumia vetämällä käsiäsi panssarin yli. Ensinnäkin ihmisen resoluution saavuttaminen, kyky vastata ihmisen sormien spatiaalisiin ja ajallisiin kykyihin, on erittäin kallista. Ensinnäkin nämä aistimukset ovat välittömiä ja voivat havaita hienoja yksityiskohtia tarkasti yksinkertaisella siveltimellä niiden yli.

Tähän mennessä nämä laitteet ovat suuria ja monimutkaisia, mikä tekee niiden käytöstä epärealistista. Uudet edistysaskeleet voisivat kuitenkin avata oven käytännönläheisemmälle tietojenkäsittelykokemukselle tulevaisuudessa.

Ihmisen resoluution haptiikan tutkimus

Kohti ihmisen resoluution haptiikkaa: suuren kaistanleveyden, suuren tiheyden omaava, puettava kosketusnäyttö opiskella¹, joka julkaistiin tällä viikolla Science Advances -lehdessä, esittelee ensimmäiset puettavat tuntojärjestelmät, jotka pystyvät tarjoamaan käyttäjälleen inhimillisen resoluution.

VoxeLite

VoxeLite-haptinen anturi on erittäin mukava puettava laite, joka on suunniteltu tarjoamaan aidosti digitaalinen kosketuskokemus. Se tarjoaa realismia ja on samalla erittäin mukava käyttää tai sitä voi ohittaa muissa tehtävissä. Laite on käyttäjän sormenpäissä, 0.1 millimetriä paksu ja painaa vain 0.19 grammaa.

Lähde - Science.org

Elektroliimautuvat solmut: miten ne toimivat

Tämän teknologian ytimessä ovat erityisesti rakennetut solmut, jotka sijaitsevat sidemaisen järjestelmän sormenpäässä. Jotta konsepti ymmärrettäisiin paremmin, näitä solmuja voi ajatella pikseleinä näytöllä. Nämä yksilöllisesti ohjattavat pehmeät sähköliimautuvat toimilaitteet voivat aktivoituessaan tuottaa tarkkoja hajautettuja voimia.

Merkillepantavaa on, että solmut rakennettiin käyttämällä sisäelektrodia ja johtavaa ulkokerrosta, jonka päällä oli pehmeä kumikupoli. Tämä rakenne tekee niistä erittäin herkkiä, minkä ansiosta ne voivat painautua ihoa vasten erittäin nopeasti ja tuottaa tarkkoja kuvioita, jotka ovat relevantteja digitalisoidulle pinnalle. Merkillepantavaa on, että solmut tukevat 800 liikettä sekunnissa, mikä mahdollistaa välittömän palautteen.

Solmujen ohjaaminen jännitteen ja sähköadheesion avulla

Solmujen käyttämiseen insinöörit käyttävät erityisesti tehtävään suunniteltua protokollaa. Tämä ohjelma käyttää tarkkoja sähköstaattisia voimia, jotka johtavat sähköadheesioon. Tämä voima on samanlainen kuin ilmapallon hierominen hiuksiin saa ne nousemaan tai punkit voivat hypätä pitkiä matkoja kiinnittyäkseen saaliiseensa.

Tämä erittäin paikallinen mekaaninen voima saa solmun tarttumaan sormeesi tarkassa kulmassa ja paineessa simuloiden pintaa. Tämä rakenne mahdollistaa karkeiden pintojen simuloinnin ja lisää kitkaa käyttämällä korkeampia jännitteitä. Ne voivat myös alentaa jännitteitä luoden liukkaan pinnan.

Solmujen tiheys: Vastaa ihmisen sormenpäätä

Tämän teknologian ytimessä oli tarve saavuttaa täydellinen tiheys. Insinöörien piti käyttää paljon aikaa selvittääkseen kunkin solmun tarkka etäisyys, jotta sormi pystyisi erottamaan ne toisistaan ​​tavalla, joka mahdollisti pintojen digitaalisen luomisen.

Jos solmut sijoitettaisiin liian lähelle toisiaan, ne menettäisivät kykynsä lausua toimintojaan sulautumatta viereisten solmujen kanssa, mikä menettäisi selkeyttä. Lisäksi, jos solmut olisivat liian kaukana toisistaan, menetetään kyky luoda uudelleen hienoja yksityiskohtia.

Lopulta tiimi päätyi 1–1.6 mm:n kokoiseen ikkunaan. Tämän rakenteen ansiosta he pystyivät luomaan hienojakoisia tuntopalauteita ja välittämään tiettyjä kosketusaistimuksia tarkasti laitteen kahdessa toimintatilassa.

Aktiivinen tila

Aktiivitilassa VoxeLite säätää jatkuvasti solmun kulmaa ja painetta simuloidakseen tarvittavaa kokemusta. Kuvittele, että vedät sormeasi älypuhelimesi näytön poikki ja tunnet kuvan näytölläsi. Nämä virtuaaliset tuntoaistimukset voivat luoda uudelleen ihmisen kosketuksen koko taajuusalueen, mikä avaa oven massiivisille teknologisille innovaatioille tulevaisuudessa.

Passiivinen tila

Passiivista tilaa käytetään, kun sinulla on muita tehtäviä suoritettavana. Laite on äänetön, ja sen erittäin ohuen profiilin ja rakenteen ansiosta voit jatkaa normaalia toimintaasi aivan kuin et käyttäisi sitä ollenkaan. Tämä lähestymistapa on samanlainen kuin reseptilasit, toisin kuin VR-lasit, jotka alkavat tuntua epämukavilta jo muutaman minuutin kuluttua.

Ihmisen resoluution haptiikan testi

Insinöörit lähtivät testaamaan teoriansa laboratoriossa rakennetulla VoxeLite-laitteistolla, jossa oli 1.6 mm:n välein olevat solmut. Testissä osallistujat käyttivät laitetta ja suorittivat useita tehtäviä. Testien aikana he seurasivat järjestelmän kykyä kommunikoida fyysisten pintojen ja virtuaalisten tekstuurien välillä biometristen tunnistusjärjestelmien avulla.

Testitulokset osoittivat tiimin onnistuneen hankkeessaan. VoxeLite pystyi erityisesti jakamaan tekstuureja tarkasti 800 hertsin taajuudella. Vaikuttavaa kyllä, se tuotti 110 solmua neliösenttimetriä kohden toimilaitetiheyksissä, minkä ansiosta se pystyi välittämään nahan, samettikankaan ja froteekankaan tekstuurit käyttäjille 81 %:n tarkkuudella.

Ihmisen resoluution haptiikan edut

Tämän tyyppinen tuntojärjestelmä tuo markkinoille monia etuja. Ensinnäkin se on suunniteltu mukavuus mielessä. Insinöörien päätös keskittyä mukavan puettavan laitteen valmistamiseen oli fiksu valinta. Heidän laitteensa mahdollistaa sen käytön vain tarvittaessa aktiivisessa tilassa. Lisäksi sen keveys ja mukavuus tarkoittavat, että useammat ihmiset todennäköisesti käyttävät sitä.
Pyyhkäise vierittääksesi →

Erittäin korkea resoluutio: Merkittävä etu

Toinen merkittävä etu on resoluutioominaisuudet. Ihmisen resoluutio mukavassa puettavassa laitteessa tuntui mahdottomalta vuosikymmeniä, mutta tämä uusi lähestymistapa poistaa moottorit tai muut kömpelöt komponentit. Sen sijaan sähköstaattinen sähkö tarjoaa täydellisen tavan ohjata solmuja kosketuksen simuloimiseksi.

Ihmisen resoluution haptiikka reaalimaailman sovellukset ja aikajana:

Erittäin ohuille, kevyille, joustaville ja puettaville laitteille, jotka voivat tarjota syvällistä haptista palautetta, on monia käyttötarkoituksia. Ne voisivat esimerkiksi auttaa näkövammaisia ​​opastamaan. Ajattele hansikasta, joka voisi ilmoittaa jollekulle, jos hän lähestyy reunaa tai mahdollista vaaraa. Tässä on joitakin muita hienoja sovelluksia tälle tekniikalle.

Seuraavan sukupolven VR: Virtuaaliympäristön tuntemus

Virtuaalitodellisuusjärjestelmistä voisi tulla paljon realistisempia, jos tämä teknologia tulee julkiseksi. Kuvittele sormesi vetävän kristallia päälle suosikkipelimaailmassasi ja paljon muuta. Tämä teknologia voisi entisestään hämärtää virtuaalisen ja todellisen maailman välisiä rajoja, mikä johtaisi todella mieltä mullistaviin virtuaalikokemuksiin.

Parannetut virtuaalikokemukset

Vaikka on helppo nähdä, miten tämä kehitys voisi hyödyttää pelaamista, et ehkä ymmärrä, kuinka vaikuttava tämä kehitys voisi olla muille digitaalisille aloille, kuten verkkokaupalle. Kuvittele, että voisit tuntea seuraavan paitaostoksesi tekstuurin ennen sen saapumista. Tämä ja paljon muuta on mahdollista.

Robotiikka ja etämanipulaatio

Yksi teollisuudenala, joka varmasti hyötyy tästä tutkimuksesta eniten, on robotiikkasektori. Insinöörit ovat vuosikymmenten ajan kilpailleet luodakseen robottikädet, jotka tuntuvat ihmiskäsiltä. Vaikka yrityksiä on ollut paljon, tämäntyyppinen haptinen palaute voisi antaa ohjaajalle mahdollisuuden tuntea robotin tunteet.

Sellaisenaan se mahdollistaisi ihmisen kosketuksen läpikulun kautta ja avaisi oven robottiavusteisille tarkkoille tehtäville tehtäville. Tämä strategia voisi inspiroida useampia robottiavusteisia leikkauksia, koska kirurgi voisi saada lisätietoa kosketuksen kautta.

Ihmisen resoluution haptiikan aikajana

Voi kestää vielä 5–7 vuotta ennen kuin tämä teknologia on yleisön saatavilla. Tälle teknologialle on kuitenkin vahva kysyntä monilla aloilla, erityisesti lääketieteen alalla. Siten se voitaisiin ensin integroida robottileikkausjärjestelmiin ennen kuin se päätyy pelaajien ja kuluttajien saataville.

Ihmisen resoluution haptiikan tutkijat

Northwesternin yliopisto johti ihmisen resoluutioon perustuvaa haptista palautetta koskevaa tutkimusta. Artikkelissa mainitaan erityisesti insinöörit Sylvia Tan, Michael A. Peshkhin, Roberta L. Klatzky ja J. Edward Colgate kirjoittajina.

Colgate ja Peshkin ovat aiemmin työskennelleet järjestelmän parissa, joka käytti sähköadheesiotekniikkaa sormenpään ja kosketusnäytön välisen kitkan modulointiin. Tätä työtä pidetään kyseisen tutkimuksen jatkeena. Se parantaa konseptia tehden siitä puettavan ja tarkemman.

Ihmisen resoluution haptiikan tulevaisuus

Insinöörit uskovat, että heidän työnsä johtaa VoxeLite-laitteiden yleistymiseen. Visiostaan ​​keskustellessaan he kuvailivat maailmaa, jossa käyttäjät käyttävät VoxeLite-laitteitaan koko päivän ajan kuin BT-kuulokkeita tai -laseja ja käyttävät niitä tarvittaessa vuorovaikutukseen älynäyttönsä ja muiden laitteidensa kanssa.

Virtuaalitodellisuuden innovaatioihin investoiminen

VR-alalla on useita yrityksiä, jotka jatkavat teknologian kehittämistä. Nämä yritykset haluavat viedä VR-kokemusta ja parantaa sitä uusien aistihavaintojen avulla. Tässä on yksi yritys, joka jatkaa innovaatioiden edelläkävijänä VR-alalla säilyttäen samalla parhaat liiketoimintakäytännöt.

Unity Software Inc. (TAI)

Unity Software aloitti videopelien kehittäjänä vuonna 2004 ennen kuin käänsi liiketoimintastrategiansa pelimoottoreihin. Yrityksen perustajat David Helgason, Nicholas Francis ja Joachim Ante näkivät arvon 3D-virtuaalimaailmakehityksen yksinkertaistamisessa.

Tämä päätös auttoi yritystä kasvamaan johtavaksi pelimoottorien toimittajaksi. Nykyään sen alustaa käytetään simulaatioiden, elokuvien, VR-kokemusten, ilmailualan suunnittelun ja muun suunnittelun tukena. VR-alalle perehtymistä haluavien kannattaa harkita Unity Softwaren ja sen tuotteiden tutkimista tarkemmin.

Uusimmat Unity Software Inc:n (U) osakeuutiset ja suorituskyky

Ihmisen resoluution haptiikka | Yhteenveto

Ihmisen resoluutioon perustuva haptinen palautetutkimus on mullistava ja merkittävä harppaus eteenpäin teknologiassa. Insinöörien ainutlaatuinen sähköstaattisiin voimiin perustuva strategia on osoittautunut tähän mennessä parhaaksi vaihtoehdoksi. Toivottavasti insinöörit voivat parantaa luomustaan ​​entisestään ja saada sen massoille, mikä avaa oven uudelle virtuaalisen immersion tasolle kaikille.

Lue lisää muista hienoista VR-kehitysprojekteista Tässä

Viitteet

^{1. Tan, S., Peskhin, MA, Klatzky, RL, & Colgate, JE (2025). Kohti ihmistarkkuuden haptiikkaa: suuren kaistanleveyden, suuren tiheyden omaava, puettava taktiilinen näyttö. Science Advances. https://doi.org/adz5937}