Hender på hvordan Haptic Technologies vil ta berøring til VR

Nesten alle de imponerende, hvorfor virtuell virkelighetsteknologi kommer til å blåse deg i 5 år, hvorfor Virtual Reality Technology vil blåse deg i 5 år Fremtiden for virtuell virkelighet inkluderer hodet, øye og uttrykkssporing, simulert berøring og mye mer. Disse fantastiske teknologiene vil være tilgjengelige for deg på 5 år eller mindre. Les mer VR-arbeidet hittil har fokusert på bare to sanser: ditt syn og din hørsel. Det er en fin start, og en som vil gjøre det mulig for mange mektige opplevelser. VR er om å endre filmskaping for alltid: Slik gjør VR om å endre filmskaping for alltid: Slik er Virtual reality en ny måte å kommunisere med betrakteren på og mange med En bakgrunn i tradisjonell filmskaping finner mulighetene spennende. Les mer, men det er ufullstendig. For å fullstendig dype brukere i interaktive virtuelle virkelighetsmiljøer, vil det være nødvendig å bygge periferiutstyr som fullt ut engasjerer din følelse av berøring.

Dessverre er berøring en mye vanskeligere forstand å lure enn visjonen er. Med visjon, alt maskinvaren må gjøre er å forstyrre signaler som reiser til øynene. Hud, i kontrast, dekker omtrent to kvadratmeter av kroppen din og artikulerer kompliserte toveis-interaksjoner med verden.

Dette er orgelet som haptisk teknologi prøver å lure, og det er vanskelig. Det er en rekke eksterne enheter Det neste trinnet i nedsenking Virtual reality - Razer Hydra og Omni Det neste trinnet i nedsenking Virtual reality - Razer Hydra & Omni Nå som Oculus Rift er i hendene på utviklere og entusiaster (les min omfattende gjennomgang av Oculus Rift), er arbeidet med forbrukerversjonen godt på vei. Nye spill blir utviklet, eksisterende ... Les mer som eksisterer for å bidra til å bygge nedsenking, men ingen tilgjengelige akkurat nå gir virkelig overbevisende haptiske opplevelser.

Problemet blir verre fordi hudstimulering ikke har den lange historien om forskning som optiske skjermer gjør. Første bruk av en skanningsskjerm for å gjenopprette et bilde var i 1907, og det tok forskere og ingeniører nesten et helt århundre for å få skjermer små og nøyaktige nok til å gi en god virtuell virkelighet opplevelse. Tilsvarende reisen, for berøring, starter bare nå.

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

rumble

En enkel måte å gi rudimentær kraft tilbakemelding på er ved bruk av enkle vibrerende motorer, av den typen som finnes i rommelig pakker av moderne videospillkontrollere. Disse tar på seg en ny dimensjon i VR, da de er i stand til å knytte bestemte vibrerende frekvenser og intensiteter med grensene til virtuelle objekter.

Brukere kan føle et lite blip når de berører en gjenstand eller et UI-element, og en sterkere puls når de aktiverer den (tilsvarende kraft-tilbakemelding på moderne smarttelefonskjermbilder).

Denne typen tilbakemelding kan også brukes til å formidle overflatenes tekstur. Med en kraft tilbakemelding enhet på hver finger, som for Hansken1, kan denne teknologien være nyttig for å navigere 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 nedsenkningsmaker.

Skin Shear Haptics

Skin shear-teknologien er basert på et overraskende faktum om vår følelse av berøring, som er at vi primært dømmer lett, ikke smertefullt trykk i den grad huden vår glir rundt (noe du lett kan teste ved å berøre et sted på huden din forsiktig og skyve fingeren.

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

Akkurat nå er den mest avanserte implementeringen av denne teknologien Tactical Haptics-kontrolleren, som legger seg til STEM-bevegelsestyringssystemet og gir grovt trykk tilbakemelding som svar på virtuelle interaksjoner som pistolrekrylling, beveger en snor gjennom et materiale og svinger en virtuell vekt rundt på en virtuell kjede.

Resultatene er overraskende overbevisende for enkelheten i mekanismen. Det er lett å forestille seg å bygge en hanske som gir denne typen tilbakemelding med mer presisjon, slik at virtuelle objekter har tetthet, om ikke soliditet: objekter kan føle seg hardt, de vil bare ikke kunne stoppe bevegelsen av brukerens hånd.

Dette er en stor forbedring, selv om den har mange av de samme begrensningene som enkel rommel - hudens rene teknologi kan lure følelsen av berøring, men det kan ikke lure proprioception (den intuitive følelsen av hvor lemmer er og hvordan de beveger seg ). Selv om brukerens hud forteller dem at de har truffet noe solid, vet musklene at hånden deres flyter flytende gjennom den.

Robotic Armatures

Dette er den delen der alt begynner å bli litt rart. La oss si at teknologien må kunne stoppe brukerne fra å skyve sine hender gjennom objekter, for å skape en mer overbevisende illusjon av soliditet. Det betyr at du må utøve styrken på lemmen fra noen ekstern referanseramme.

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

For bare en hånd (slik at brukeren kan gripe og føle soliditeten til virtuelle objekter, ser det ut som noe slikt.

Ikke skummelt, ikke sant? Vel, det er mange ting som hansken fortsatt ikke kan gjøre. Hva om objektet du rører er tungt? Hva om det er noe solid, som en vegg, som trenger å motstå bevegelser fra skuldre og albuer, så vel som håndleddet og fingrene? Vel, så trenger du noe slikt:

Nettstedet for cyberglove oppgir ikke en pris for enheten i videoen ovenfor, men andre systemer som det løper inn i hundretusenvis av dollar. En del av årsaken til dette er at bare noen få industrielle og militære organisasjoner faktisk kjøper disse enhetene (og i svært små tall), som driver prisen opp.

Den andre delen er at disse er virkelig imponerende utstyrsutstyr på et teknisk nivå. Vurder hva som er nødvendig for å gi en overbevisende haptisk tilbakemelding fra å berøre et solidt objekt. Hvis brukeren hviler hånden mot en virtuell vegg og skyver, må systemet oppdage bevegelsen, konsultere simuleringen for å bestemme at de berører et fast objekt, så fysisk (og flytende) flytte ankeret for å motstå bevegelsen og returnere Brukerens hånd til sin opprinnelige posisjon.

Alt dette må oppnås før hjernen kan registrere at bevegelsen har begynt. Det er en enorm teknisk utfordring, og selv den beste maskinvaren i dag gjør det ikke helt 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 strapping deg i en forseggjort og kraftig mekanisk armatur har en betydelig psykologisk barrierer forbundet med den. Det er tvilsomt om brukerne vil være villig til å løse den typen ulempe regelmessig, selv om teknologien er sofistikert nok til å gi en god opplevelse.

Det nærmeste denne teknologien har kommet for å bli distribuert på forbrukernivå, er i form av enheter som Touch Something There There There - Haptic Technology [MakeUseOf Forklar] Berør noe som ikke er der - Haptic Technology [MakeUseOf Forklarer] Haptics er teknologien for berøring. I sammenheng med et virtuelt miljø vil det bety å være i stand til å berøre og føle noe som bokstavelig talt ikke er der, men det er absolutt ikke dets eneste bruk. Fra ... Les mer Novint Falcon. Falken er ikke en virtuell virkelighet enhet som sådan, gitt at arbeidsplassen er en kule bare noen få inches på tvers - det sier at den gir høy presisjon, treakse kraft tilbakemelding og er den eneste enheten på et forbrukerprispunkt det gjør det.

Novint har jobbet med en armbasert exoskeleton kalt Xio for en stund, selv om prosjektet synes å være i limbo for øyeblikket, etter selskapets økonomiske problemer.

Potensielt kan disse slags armaturer gjøres enklere og billigere ved bruk av elektroaktive polymerer - kunstige "muskler" laget av plast som kontrakt som følge av elektrisk strøm, og er generelt billigere og mer kompakte enn tilsvarende lineære motorer.

Akustisk tilbakemelding

En helt uavhengig tilnærming til problemet er å bruke fasede ultralydgitter for å skape tette interferensmønstre i luften, som er registrert av huden så solid, og kan gi faktisk motstand. Teknologien kan brukes til å projisere virtuelle 3D-objekter i luften som brukerne kan røre, med noder som skjærer trykkbølger som gir ekte kraft på brukerens hender.

Ved første rødme kan dette synes å være den magiske kulen for VR haptisk tilbakemelding. Dessverre er det noen begrensninger. Oppløsning er begrenset av høyttalerens frekvensrespons, samt antall av dem: Å være i stand til å dekke et stort romområde er ikke nødvendigvis praktisk.

Mer signifikant er det betydelig “lekkasje” - akustisk energi danner utilsiktede noder og semi-noder i rommet rundt der forsettlige mønstre blir opprettet (noe du kan se i oljen). Trykket som produseres av dette systemet er svært svakt: forsøk på å skalere dem opp til volumer som kan utøve flere pounds av trykk på kroppen din, vil innebære en enorm mengde energi og kan være fysisk farlig for brukerne.

Nervestimulering

Til slutt skal vi ta et øyeblikk for å berøre en mer spekulativ teknologi. En måte (noen mennesker ville argumentere for den ultimate måten) å engasjere seg i følelsen av berøring er ved å stimulere nerverne direkte i brukerens armer, ryggraden eller hjernen. Ved å gjøre dette er det mulig å lure på berøring, proprioception, hele ni meter - inkludert følelser som temperatur som kan være upraktisk å oppnå med en drakt eller robotarmatur. Potensielt kan forskere gjøre alt dette uten å kreve de besværlige robottekkene eller fasede akustiske rutenett.

Det har allerede vært noe arbeid på denne fronten på området for proteser, som direkte tapper inn i kutte nerver for å sende signaler tilbake fra sensorer i protesen, for å skape en syntetisk følelse av berøring.

Hjernestimulering kan gi lignende tilbakemelding. Det grunnleggende problemet med slike teknologier er at de krever ganske invasiv kirurgi for å kunne installere nervegrensesnittene - operasjon som er uakseptabelt risikabelt hos friske mennesker. De er også ganske rå og grovkornet, når det gjelder presisjonen av tilbakemeldingen.

For at disse skal være praktiske som et haptisk grensesnittparadigm, trenger du virkelig å kunne få oppløsningen til elektrodgrensesnittet mye finere, og redusere invasiviteten til prosedyren. Det er noen tilnærminger her, som spenner fra nanoteknologien. Hvordan nanoteknologi skifter medisinens fremtid. Hvordan nanoteknologi skifter medisinens fremtid. Potensialet for nanoteknologi er uten sidestykke. Sanne universelle montører vil innlede et dypt skift i den menneskelige tilstanden. Selvfølgelig er det fortsatt en lang vei å gå. Les mer y til optogenetics Hjertekontroll med lys: Det er mulig med optogenetisk hjernekontroll med lys: Det er mulig med optogenetikk. I løpet av de siste årene er det kommet fram en ny teknikk som heter "optogenetikk", noe som kan hjelpe forskere til å rase opp hjernens hemmeligheter ( og behandle sykdommene) på en helt ny måte. Les mer, men det virker trygt å si at store gjennombrudd er usannsynlig de neste årene.

Fremtiden for berøring

Det er fortsatt tidlige dager for virtuell virkelighet, og det er ennå ikke bred forbrukernes etterspørsel etter haptiske grensesnitt - men det vil bli. Den enorme gullstrømmen av virtual reality-innovasjon starter bare nå, og vi vil sannsynligvis se alle disse teknikkene kraftig forbedret i årene som kommer.

Når det er sagt, synes ingen av dagens teknologi perfekt. Alle har minst en alvorlig ulempe, enten når det gjelder kvaliteten på sensasjonen de kan gi, eller hindringene for deres bruk. Det er helt mulig at det endelige “perfekt” Løsning på VR-inngang er ikke oppfunnet ennå. Hvis det er tilfelle, er jeg ivrig etter å se hvilke utviklere som kommer opp med neste.

Er du glade for haptiske VR-grensesnitt? Er det et spennende produkt eller teknologi som vi ikke dekker her? Gi oss beskjed i kommentarene!

Bildekreditter: Håndfang via Shutterstock

Utforsk mer om: Teknologi, Virtual Reality.