Praktisch: Wie haptische Technologien VR berühren

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Fast alle beeindruckend Warum Virtual Reality-Technologie Sie in 5 Jahren umhauen wirdDie Zukunft der virtuellen Realität umfasst Kopf-, Augen- und Ausdrucksverfolgung, simulierte Berührung und vieles mehr. Diese erstaunlichen Technologien werden Ihnen in 5 Jahren oder weniger zur Verfügung stehen. Weiterlesen Die bisher geleistete VR-Arbeit konzentrierte sich nur auf zwei Sinne: Ihr Sehen und Ihr Hören. Das ist ein großartiger Start, der viele ermöglichen wird kraftvolle Erfahrungen VR wird das Filmemachen für immer verändern: So geht'sDie virtuelle Realität ist eine neue Art der Kommunikation mit Ihrem Betrachter, und viele Menschen mit einem Hintergrund im traditionellen Filmemachen finden die Möglichkeiten aufregend. Weiterlesen , aber es ist unvollständig. Um Benutzer vollständig in interaktive Virtual-Reality-Umgebungen einzutauchen, müssen Peripheriegeräte erstellt werden, die Ihren Tastsinn voll einbeziehen.

Leider ist Berührung viel schwieriger zu täuschen als Vision. Beim Sehen muss die Hardware lediglich die Signale unterbrechen, die zu den Augen gelangen. Im Gegensatz dazu bedeckt die Haut etwa zwei Quadratmeter Ihres Körpers und artikuliert komplizierte wechselseitige Interaktionen mit der Welt.

Dies ist das Organ, das die haptische Technologie auszutricksen versucht, und es ist schwierig. Es gibt eine Reihe von Peripheriegeräten Der nächste Schritt in die virtuelle Realität des Eintauchens - Razer Hydra & The OmniJetzt, da der Oculus Rift in den Händen von Entwicklern und Enthusiasten liegt (lesen Sie meinen ausführlichen Test des Oculus Rift), sind die Arbeiten an der Consumer-Version in vollem Gange. Neue Spiele werden entwickelt, bestehende ... Weiterlesen Diese existieren, um das Eintauchen zu fördern, aber keine, die derzeit verfügbar ist, bietet wirklich überzeugende haptische Erfahrungen.

Das Problem wird noch verschlimmert, da die Hautstimulation nicht die lange Forschungsgeschichte hat, die optische Displays bieten. Die erste Verwendung eines Scan-Displays zur Wiederherstellung eines Bildes erfolgte 1907 und erforderte Forscher und Ingenieure Fast ein ganzes Jahrhundert, um Displays klein und genau genug zu machen, um ein gutes Virtual-Reality-Erlebnis zu bieten. Die entsprechende Reise für Berührungen beginnt erst jetzt.

In diesem Artikel werden wir einige Technologien untersuchen, die sich heute in der Entwicklung befinden und die VR-Benutzern einen gewissen Tastsinn vermitteln können. Ich habe die Technologien nach der Qualität der Erfahrung eingestuft, die sie möglicherweise bieten können, und nach dem Arbeitsaufwand, der erforderlich ist, bevor sie kommerzialisiert werden können.

Grollen

Eine einfache Möglichkeit, eine rudimentäre Kraftrückmeldung bereitzustellen, ist die Verwendung einfacher Vibrationsmotoren, wie sie in den Rumpelpacks moderner Videospiel-Controller zu finden sind. Diese nehmen in VR eine neue Dimension an, da sie bestimmte Schwingungsfrequenzen und -intensitäten mit den Grenzen virtueller Objekte verknüpfen können.

Benutzer können einen kleinen Fehler spüren, wenn sie ein Objekt oder ein UI-Element berühren, und einen stärkeren Impuls, wenn sie es aktivieren (ähnlich wie bei Force-Feedback auf modernen Smartphone-Bildschirmen).

Diese Art von Rückmeldung könnte auch verwendet werden, um die Textur von Oberflächen zu vermitteln. Mit einer Force-Feedback-Einheit an jedem Finger, wie im Fall des Glove1, kann diese Technologie nützlich sein, um mit geschlossenen Augen durch virtuelle Schnittstellen zu navigieren. Trotzdem bietet diese Technologie einen sehr spartanischen, funktionalen Ansatz zum Anfassen und wird niemals ein großer Immersionsbauer sein.

Haptik der Hautscherung

Die Hautschertechnologie basiert auf einer überraschenden Tatsache über unseren Tastsinn, nämlich dass wir in erster Linie leichten, schmerzfreien Druck beurteilen durch den Grad, in dem unsere Haut herumgleitet (etwas, das Sie leicht testen können, indem Sie sanft einen Punkt auf Ihrer Haut berühren und Ihre Haut gleiten lassen Finger.

Wenn sich die Haut dehnt, steigt das Druckgefühl. Dies ist praktisch, da Hautscherung etwas ist, das sich leicht mechanisch reproduzieren lässt und kann bieten die Illusion von anhaltendem Druck, was mit einem einfachen Vibrieren nicht möglich ist Motor.

Derzeit ist die fortschrittlichste Implementierung dieser Technologie der Tactical Haptics-Controller, der an das STEM-Bewegungssteuerungssystem angeschlossen und bereitgestellt wird grobe Druckrückmeldung als Reaktion auf virtuelle Interaktionen wie Rückstoß der Waffe, Bewegen eines Zauberstabs durch ein Material und Schwingen eines virtuellen Gewichts auf einem virtuellen Kette.

Die Ergebnisse überzeugen überraschend durch die Einfachheit des Mechanismus. Es ist leicht vorstellbar, einen Handschuh zu bauen, der diese Art von Feedback präziser liefert und virtuell ermöglicht Objekte mit Dichte, wenn nicht Solidität: Objekte können sich hart anfühlen, sie können die Bewegung des Objekts einfach nicht stoppen Hand des Benutzers.

Dies ist eine wesentliche Verbesserung, obwohl es viele der gleichen Einschränkungen gibt, die die einfache Technologie für rumpelige Haut bieten kann täuschen Sie den Tastsinn, aber es kann die Propriozeption nicht täuschen (das intuitive Gefühl, wo sich Ihre Gliedmaßen befinden und wie sie sind ziehen um). Selbst wenn die Haut des Benutzers ihm sagt, dass er auf etwas Festes gestoßen ist, wissen seine Muskeln, dass sich seine Hand fließend durch dieses bewegt.

Roboterarmaturen

Dies ist der Teil, in dem alles etwas seltsam wird. Nehmen wir an, die Technologie muss in der Lage sein, Benutzer daran zu hindern, ihre Hände durch Objekte zu schieben, um eine überzeugendere Illusion von Solidität zu erzeugen. Das bedeutet, dass Sie von einem externen Referenzrahmen aus Kraft auf das Glied ausüben müssen.

Der einfachste Weg, dies zu erreichen, ist die Verwendung von Robotik, die entweder an Ihrem Körper oder am Boden befestigt wird und deren Bewegung außerhalb der Grenzen der virtuellen Geometrie verhindert.

Für nur eine Hand (damit der Benutzer die Solidität virtueller Objekte greifen und fühlen kann, sieht das ungefähr so ​​aus.

Ein bisschen beängstigend, oder? Nun, es gibt viele Dinge, die Handschuhe immer noch nicht können. Was ist, wenn das Objekt, das Sie berühren, schwer ist? Was ist, wenn es etwas Festes wie eine Wand ist, das Bewegungen von Schultern und Ellbogen sowie von Handgelenk und Fingern widerstehen muss? Dann brauchen Sie so etwas:

Die Cyberglove-Website listet im obigen Video keinen Preis für das Gerät auf, aber andere Systeme wie dieses kosten Hunderttausende von Dollar. Ein Grund dafür ist, dass nur wenige Industrie- und Militärorganisationen diese Geräte tatsächlich kaufen (und zwar in sehr geringer Anzahl), was den Preis in die Höhe treibt.

Der andere Teil ist, dass dies auf technischer Ebene wirklich beeindruckende Ausrüstungsgegenstände sind. Überlegen Sie, was erforderlich ist, um ein überzeugendes haptisches Feedback beim Berühren eines festen Objekts zu erhalten. Wenn der Benutzer seine Hand an eine virtuelle Wand lehnt und drückt, muss das System die Bewegung erkennen. Wenden Sie sich an die Simulation, um festzustellen, ob sie es sind Berühren Sie einen festen Gegenstand, bewegen Sie den Anker physisch (und flüssig), um der Bewegung zu widerstehen, und bringen Sie die Hand des Benutzers in ihre ursprüngliche Position zurück.

All dies muss erreicht werden, bevor das Gehirn registrieren kann, dass die Bewegung begonnen hat. Das ist eine enorme technische Herausforderung, und selbst die beste Hardware erreicht sie heute nicht ganz perfekt.

Die andere Einschränkung hier, abgesehen von den Herausforderungen, die Herstellungskosten auf ein akzeptables Niveau zu senken, hat damit zu tun, dass die Technologie bequem ist. Wenn Sie sich buchstäblich in eine ausgeklügelte und leistungsstarke mechanische Armatur schnallen, sind damit erhebliche psychologische Barrieren verbunden. Es ist zweifelhaft, ob Benutzer bereit sind, diese Art von Unannehmlichkeiten regelmäßig in Kauf zu nehmen, selbst wenn die Technologie so ausgefeilt ist, dass sie eine gute Erfahrung bietet.

Diese Technologie kommt dem Einsatz auf Verbraucherebene am nächsten Geräte wie Berühren Sie etwas, das nicht da ist - haptische Technologie [MakeUseOf erklärt]Haptik ist die Technologie der Berührung. Im Kontext einer virtuellen Umgebung würde es bedeuten, etwas berühren und fühlen zu können, das buchstäblich nicht da ist, aber das ist sicherlich nicht die einzige Verwendung. Von... Weiterlesen der Novint Falcon. Der Falcon ist kein Virtual-Reality-Gerät als solches, da sein Arbeitsbereich eine Kugel ist, die nur wenige Zentimeter breit ist Das heißt, es bietet eine hochpräzise dreiachsige Kraftrückmeldung und ist das einzige Gerät zu einem Verbraucherpreis, das dies tut so.

Novint arbeitet seit einiger Zeit an einem armbasierten Exoskelett namens Xio, obwohl dieses Projekt nach den finanziellen Problemen des Unternehmens vorerst in der Schwebe zu sein scheint.

Potenziell könnten diese Arten von Armaturen durch die Verwendung elektroaktiver Polymere - künstliche „Muskeln“ - einfacher und billiger gemacht werden. Hergestellt aus Kunststoffen, die sich als Reaktion auf elektrischen Strom zusammenziehen und im Allgemeinen billiger und kompakter sind als gleichwertige Linearmotoren.

Akustisches Feedback

Ein völlig unabhängiger Ansatz für das Problem besteht darin, phasengesteuerte Ultraschallgitter zu verwenden, um eine Dichte zu erzeugen Interferenzmuster in der Luft, die von der Haut als fest registriert werden und tatsächlich liefern können Widerstand. Die Technologie kann verwendet werden, um virtuelle 3D-Objekte in die Luft zu projizieren, die Benutzer berühren können, wobei die Knoten sich kreuzender Druckwellen echte Kraft auf die Hände des Benutzers ausüben.

Auf den ersten Blick scheint dies das Wundermittel für haptisches VR-Feedback zu sein. Leider gibt es einige Einschränkungen. Die Auflösung wird durch den Frequenzgang der Lautsprecher sowie deren Anzahl begrenzt: Es ist nicht unbedingt praktisch, einen großen räumlichen Bereich abdecken zu können.

Noch wichtiger ist, dass es zu erheblichen Leckagen kommt - akustische Energie bildet unbeabsichtigte Knoten und Halbknoten in dem Raum, in dem absichtliche Muster erstellt werden (etwas, in dem Sie sehen können das Öl). Die von diesem System erzeugten Drücke sind sehr gering: Der Versuch, sie auf Volumina zu skalieren, die mehrere ausüben könnten Pfund Druck auf Ihren Körper würde eine enorme Menge an Energie beinhalten und könnte physisch gefährlich sein Benutzer.

Nervenstimulation

Zuletzt nehmen wir uns einen Moment Zeit, um auf eine spekulativere Technologie einzugehen. Eine Möglichkeit (manche Leute würden den ultimativen Weg argumentieren), sich mit dem Tastsinn auseinanderzusetzen, besteht darin, die Nerven in den Armen, der Wirbelsäule oder dem Gehirn des Benutzers direkt zu stimulieren. Auf diese Weise ist es möglich, Berührungen, Propriozeption und die gesamten neun Meter zu täuschen - einschließlich Empfindungen wie der Temperatur, die mit einem Anzug oder einer Roboterarmatur möglicherweise nicht praktikabel sind. Möglicherweise könnten Wissenschaftler all dies tun, ohne die umständlichen Roboteranzüge oder phasengesteuerten akustischen Gitter zu benötigen.

An dieser Front wurden bereits einige Arbeiten im Bereich der Prothesen durchgeführt, bei denen direkt geklopft wird in abgetrennte Nerven, um Signale von Sensoren in der Prothese zurückzusenden, um ein synthetisches Gefühl von zu erzeugen berühren.

Eine Hirnstimulation kann ein ähnliches Feedback liefern. Das Grundproblem bei diesen Arten von Technologien besteht darin, dass sie eine ziemlich invasive Operation erfordern, um die Nervenschnittstellen installieren zu können - eine Operation, die bei gesunden Menschen inakzeptabel riskant ist. Sie sind auch ziemlich grob und grobkörnig, was die Genauigkeit des Feedbacks betrifft.

Damit diese als haptisches Schnittstellenparadigma praktisch sind, müssen Sie wirklich in der Lage sein, die Auflösung der Elektrodenschnittstelle viel feiner zu erhalten und die Invasivität des Verfahrens zu verringern. Hier gibt es einige Ansätze, die von reichen Nanotechnologie Wie die Nanotechnologie die Zukunft der Medizin verändertDas Potenzial für die Nanotechnologie ist beispiellos. Echte universelle Assembler werden eine tiefgreifende Veränderung des menschlichen Zustands einleiten. Natürlich ist es noch ein langer Weg. Weiterlesen y bis Optogenetik Gehirnkontrolle mit Licht: Mit Optogenetik ist dies möglichIn den letzten Jahren hat sich eine neue Technik namens "Optogenetik" herausgebildet, die Wissenschaftlern helfen kann, die Geheimnisse des Gehirns (und seine Störungen) auf völlig neue Weise zu entschlüsseln. Weiterlesen Man kann jedoch mit Sicherheit sagen, dass große Durchbrüche in den nächsten Jahren unwahrscheinlich sind.

Die Zukunft der Berührung

Für die virtuelle Realität ist es noch sehr früh, und es gibt noch keine breite Nachfrage der Verbraucher nach haptischen Schnittstellen - aber es wird eine geben. Der enorme Goldrausch der Virtual-Reality-Innovation beginnt erst jetzt und wir werden wahrscheinlich sehen, dass all diese Techniken in den kommenden Jahren massiv verbessert werden.

Trotzdem scheint keine der aktuellen Technologien perfekt zu sein. Alle von ihnen haben mindestens einen schwerwiegenden Nachteil, entweder in Bezug auf die Qualität der Empfindung, die sie bieten können, oder die Hindernisse für ihre Verwendung. Es ist durchaus möglich, dass die endgültige „perfekte“ Lösung für VR-Eingaben noch nicht erfunden wurde. Wenn dies der Fall ist, bin ich gespannt, was sich die Entwickler als Nächstes einfallen lassen.

Freust du dich auf haptische VR-Schnittstellen? Gibt es ein aufregendes Produkt oder eine aufregende Technologie, die wir hier nicht behandelt haben? Lass es uns in den Kommentaren wissen!

Bildnachweis: Handfang Über Shutterstock