Hands On: Hur Haptic Technologies kommer att få touch till VR

Annons

Nästan alla imponerande Varför Virtual Reality Technology kommer att blåsa ditt sinne om 5 årFramtiden för virtual reality inkluderar spårning av huvud, ögon och uttryck, simulerad beröring och mycket mer. Dessa fantastiska tekniker kommer att finnas tillgängliga om fem år eller mindre. Läs mer VR-arbetet hittills har fokuserat på bara två sinnen: din syn och din hörsel. Det är en bra start, och en som kommer att möjliggöra massor av kraftfulla upplevelser VR är på väg att ändra filmskapning för alltid: Så här gör duVirtuell verklighet är ett nytt sätt att kommunicera med din tittare och många med bakgrund i traditionell filmskapande tycker möjligheterna är spännande. Läs mer , men det är ofullständigt. För att helt fördjupa användare i interaktiva virtual reality-miljöer kommer det att behövas bygga kringutrustning som fullt ut engagerar din känsla av beröring.

Tyvärr är beröring mycket svårare att lura än synen är. Med visionen måste all hårdvara göra avbrott av signaler som reser till ögonen. Hud, däremot, täcker cirka två kvadratmeter av din kropp och artikulerar komplicerade tvåvägsinteraktioner med världen.

Detta är det organ som haptisk teknik försöker lura, och det är svårt. Det finns ett antal kringutrustning Nästa steg i immersion virtual reality - Razer Hydra & The OmniNu när Oculus Rift är i händerna på utvecklare och entusiaster (läs min omfattande recension av Oculus Rift), är arbetet med konsumentversionen väl igång. Nya spel utvecklas, befintliga ... Läs mer som finns för att hjälpa till att bygga nedsänkning, men ingen tillgänglig just nu ger verkligen övertygande haptiska upplevelser.

Problemet förvärras eftersom hudstimulering inte har den långa historia av forskning som optiska skärmar gör. Den första användningen av en skanningsskärm för att återskapa en bild var 1907, och det tog forskare och ingenjörer nästan ett helt århundrade för att få skärmar små och exakta nog för att ge en bra virtual reality-upplevelse. Den motsvarande resan för beröring börjar först nu.

I den här artikeln kommer vi att utforska vissa teknologier under utveckling idag som kan ge en känsla av beröring till VR-användare. Jag har rankat teknologierna efter kvaliteten på de erfarenheter de potentiellt kan ge och hur mycket arbete som behövs innan de kan kommersialiseras.

Rumble

Ett enkelt sätt att ge återkoppling av rudimentär kraft är genom att använda enkla vibrerande motorer, av det slag som finns i rumblepacken för moderna videospelkontroller. Dessa får en ny dimension i VR, eftersom de kan associera specifika vibrationsfrekvenser och intensiteter med gränserna för virtuella objekt.

Användare kan känna en liten glidning när de berör ett objekt eller ett UI-element och en starkare puls när de aktiverar det (liknande kraft-feedback på moderna smarttelefonskärmar).

Denna typ av feedback kan också användas för att förmedla strukturen på ytor. Med en kraftåterkopplingsenhet på varje finger, som i fallet med Glove1, kan denna teknik vara användbar för att navigera virtuella gränssnitt med slutna ögon. Som sagt, denna teknik ger en mycket spartansk, funktionell inställning till beröring, och kommer aldrig att vara mycket av en nedsänkning byggare.

Skin Shear Haptics

Hudskjuvningsteknologi är baserad på ett överraskande faktum om vår känsla av beröring, som är att vi främst bedömer lätt, icke-smärtsamt tryck i vilken grad vår hud glider runt (något du enkelt kan testa genom att försiktigt röra en plats på din hud och skjuta din finger.

När huden sträcker sig ökar känslan av tryck. Detta är praktiskt eftersom hudskjuvning är något som det är lätt att reproducera mekaniskt och kan ge illusionen av långvarigt tryck, något som inte är möjligt med en enkel vibration motor.

Just nu är den mest avancerade implementeringen av denna teknik Tactical Haptics-kontrollen, som ansluts till STEM-rörelsekontrollsystemet och ger grov tryckåterkoppling som svar på virtuella interaktioner som pistolrekyl, flyttning av en trollstav genom ett material och svängning av en virtuell vikt runt på en virtuell kedja.

Resultaten är förvånansvärt övertygande för enkelhetens mekanism. Det är lätt att föreställa sig att bygga en handske som ger denna typ av feedback med mer precision och möjliggör virtuella föremål att ha densitet, om inte soliditet: objekt kan känna sig hårda, de kommer bara inte att kunna stoppa rörelsen hos användarens hand.

Detta är en stor förbättring, även om den har många av samma begränsningar som enkel rommel - ren hudteknologi kan lura känslan av beröring, men det kan inte lura propriosception (den intuitiva känslan av var dina lemmar är och hur de har det rör på sig). Även om användarens hud berättar för dem att de har träffat något fast, vet deras muskler att deras hand rör sig flytande genom den.

Robotarmaturer

Det här är den del där allt börjar bli lite konstigt. Låt oss säga att tekniken måste kunna hindra användare från att trycka sina händer genom objekt, för att skapa en mer övertygande illusion av soliditet. Det betyder att du måste utöva kraft på lemmen från någon yttre referensram.

Det enklaste sättet att uppnå är att använda robotik, som fästs antingen till din kropp eller till marken, och förhindrar dess rörelse utanför gränserna för den virtuella geometri.

För bara en hand (som låter användaren ta tag i och känna soliditeten hos virtuella objekt, det ser ut så här.

Kinda skrämmande, eller hur? Det finns många saker som handskar fortfarande inte kan göra. Vad händer om objektet du berör är tungt? Tänk om det är något fast, som en vägg, som måste motstå rörelser från axlar och armbågar, såväl som handleden och fingrarna? Tja, då behöver du något liknande:

Cyberglove-webbplatsen listar inte ett pris för enheten i videon ovan, men andra system som den får hundratusentals dollar. En del av orsaken till detta är att bara ett fåtal industriella och militära organisationer faktiskt köper dessa enheter (och i mycket litet antal), vilket driver priset upp.

Den andra delen är att det här är verkligen imponerande utrustningar på teknisk nivå. Tänk på vad som är nödvändigt för att ge en övertygande haptisk feedbackupplevelse av att röra ett fast objekt. Om användaren vilar sin hand mot en virtuell vägg och skjuter, måste systemet upptäcka rörelsen, rådfråga simuleringen för att fastställa att de rör vid ett fast föremål, flytta sedan fysiskt (och flytande) ankaret för att motstå rörelsen och återvända användarens hand till sitt ursprungliga läge.

Allt detta måste genomföras innan hjärnan kan registrera att rörelsen har börjat. Det är en enorm teknisk utmaning, och till och med den bästa hårdvaran i dag uppnår inte helt den.

Den andra begränsningen här, bortsett från utmaningarna med att få tillverkningskostnaderna ner till en acceptabel nivå, har att göra med att göra tekniken bekväm. Att bokstavligen fästa dig själv i en utarbetad och kraftfull mekanisk armatur har en betydande psykologiska barriärer i samband med det. Det är tveksamt om användare kommer att vara villiga att möta den typen av besvär regelbundet, även om tekniken är tillräckligt sofistikerad för att ge en god upplevelse.

Det närmaste denna teknik har kommit att distribueras på konsumentnivå är i form av enheter som Tryck på något som inte finns där - Haptic Technology [MakeUseOf Explains]Haptics är tekniken för beröring. I samband med en virtuell miljö skulle det innebära att kunna röra och känna något som bokstavligen inte finns där, men det är verkligen inte dess enda användning. Från... Läs mer Novint Falcon. Falken är inte en virtual reality-enhet som sådan, med tanke på att dess arbetsutrymme är en sfär bara några centimeter över det sagt, det ger hög precision, treaxlad kraftåterkoppling, och är den enda enheten på en konsumentprispunkt som gör det så.

Novint har arbetat med ett armbaserat exoskelett kallat Xio ett tag, även om det projektet verkar ligga i limbo för närvarande efter företagets ekonomiska problem.

Potentiellt kan dessa typer av armaturer göras enklare och billigare genom användning av elektroaktiva polymerer - konstgjorda "muskler" tillverkade av plast som drar sig in som svar på elektrisk ström och är i allmänhet billigare och mer kompakta än ekvivalenta linjära motorer.

Akustisk feedback

En helt oberoende inställning till problemet är att använda fasade ultraljudsnät för att skapa tät interferensmönster i luften, som registreras av huden som fast, och kan ge verkliga motstånd. Tekniken kan användas för att projicera virtuella 3D-objekt i luften som användarna kan röra med noderna för korsande tryckvågor som producerar verklig kraft på användarens händer.

Vid första rodnad kan det tyckas vara den magiska kulan för VR-haptisk feedback. Tyvärr finns det några begränsningar. Upplösningen är begränsad av högtalarnas frekvensrespons såväl som antalet av dem: att kunna täcka ett stort rymdområde är inte nödvändigtvis praktiskt.

Mer betydande, det finns betydande "läckage" - akustisk energi bildar oavsiktliga noder och halvnoder i utrymmet runt där avsiktliga mönster skapas (något du kan se i oljan). Trycket som produceras av detta system är mycket svagt: att försöka skala dem upp till volymer som kan utöva flera kilo tryck på din kropp skulle innebära en enorm mängd energi och kan vara fysiskt farligt för användare.

Nervstimulering

Slutligen kommer vi att ta en stund att beröra en mer spekulativ teknik. Ett sätt (vissa människor hävdar det ultimata sättet) att engagera sig med känslan av beröring är genom att direkt stimulera nerverna i användarens armar, ryggraden eller hjärnan. Genom att göra detta är det möjligt att lura beröring, propriosepsion, hela nio varv - inklusive känslor som temperatur som kan vara opraktisk att uppnå med kostym eller robotarmatur. Potentiellt kan forskare göra allt detta utan att kräva de tunga robotdräkter eller fasade akustiska rutnät.

Det har redan gjorts något arbete på den här fronten inom fältet av protesben, direkt tappning in i avskurna nerver för att skicka signaler tillbaka från sensorer i protesen, för att skapa en syntetisk känsla av Rör.

Hjärnstimulering kan ge liknande feedback. Det grundläggande problemet med denna typ av teknik är att de kräver ganska invasiv kirurgi för att kunna installera nervgränssnitten - kirurgi som är oacceptabelt riskabelt för friska människor. De är också ganska råa och grovkornade när det gäller återkopplingens precision.

För att dessa ska vara praktiska som ett haptiskt gränssnittsparadigma, måste du verkligen kunna få upplösningen av elektrodgränssnittet mycket finare och minska processens invasivitet. Det finns några metoder här, allt från nanotechnolog Hur nanoteknologi förändrar medicinens framtidPotentialen för nanoteknologi är enastående. Äkta universella montörer kommer att inleda en djup förändring av det mänskliga tillståndet. Naturligtvis finns det fortfarande en lång väg att gå. Läs mer y till optogenetik Hjärnkontroll med ljus: Det är möjligt med optogenetikUnder bara de senaste åren dyker upp en ny teknik som kallas "optogenetik", som kan hjälpa forskare att avslöja hjärnans hemligheter (och behandla dess störningar) på ett helt nytt sätt. Läs mer , men det verkar säkert att säga att stora genombrott är osannolika under de närmaste åren.

Framtidens beröring

Det är fortfarande tidiga dagar för virtuell verklighet, och det finns ännu inte en bred konsumentbehov för haptiska gränssnitt - men det kommer att finnas. Den enorma guldruschen med virtual reality-innovation börjar nu och vi kommer sannolikt att se alla dessa tekniker massivt förbättrade under de kommande åren.

Som sagt, ingen av de nuvarande teknikerna verkar perfekt. Alla har åtminstone en allvarlig nackdel, antingen när det gäller kvaliteten på sensationen de kan ge, eller hinder för deras användning. Det är helt möjligt att den eventuella "perfekta" lösningen på VR-ingångar inte har hittats ännu. Om så är fallet, är jag angelägen om att se vad utvecklarna kommer på nästa gång.

Är du glada över haptiska VR-gränssnitt? Finns det en spännande produkt eller teknik som vi inte täckte här? Låt oss veta i kommentarerna!

Bildkrediter: Handfångst Via Shutterstock