Manos a la obra: cómo las tecnologías hápticas darán un toque a la realidad virtual

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Casi todos los impresionante Por qué la tecnología de realidad virtual te dejará boquiabierto en 5 añosEl futuro de la realidad virtual incluye seguimiento de cabeza, ojos y expresiones, tacto simulado y mucho más. Estas increíbles tecnologías estarán disponibles para usted en 5 años o menos. Lee mas El trabajo de realidad virtual realizado hasta la fecha se ha centrado en solo dos sentidos: su vista y su oído. Es un gran comienzo y uno que permitirá muchos experiencias poderosas La realidad virtual está a punto de cambiar el cine para siempre: así es comoLa realidad virtual es una nueva forma de comunicarse con su espectador, y muchas personas con experiencia en cine tradicional encuentran emocionantes las posibilidades. Lee mas Pero está incompleto. Para sumergir completamente a los usuarios en entornos interactivos de realidad virtual, será necesario construir periféricos que involucren completamente su sentido del tacto.

Desafortunadamente, tocar es un sentido mucho más difícil de engañar que la visión. Con la visión, todo lo que el hardware tiene que hacer es interrumpir las señales que viajan a los ojos. La piel, por el contrario, cubre aproximadamente dos metros cuadrados de su cuerpo y articula complicadas interacciones bidireccionales con el mundo.

Este es el órgano que la tecnología háptica está tratando de engañar, y es difícil. Existen una serie de periféricos El siguiente paso en la realidad virtual de inmersión: Razer Hydra y The OmniAhora que Oculus Rift está en manos de desarrolladores y entusiastas (lea mi extensa reseña de Oculus Rift), el trabajo en la versión para el consumidor está en marcha. Se están desarrollando nuevos juegos, existentes ... Lee mas existen para ayudar a construir la inmersión, pero ninguna disponible en este momento proporciona experiencias hápticas realmente convincentes.

El problema empeora porque la estimulación de la piel no tiene la larga historia de investigación que tienen las pantallas ópticas. El primer uso de una pantalla de escaneo para recrear una imagen fue en 1907, y requirió investigadores e ingenieros. casi un siglo completo para obtener pantallas lo suficientemente pequeñas y precisas como para proporcionar una buena experiencia de realidad virtual. El viaje equivalente, para el tacto, recién comienza.

En este artículo, vamos a explorar algunas tecnologías en desarrollo hoy en día que pueden proporcionar cierto sentido del tacto a los usuarios de realidad virtual. He clasificado las tecnologías según la calidad de la experiencia que potencialmente pueden proporcionar y cuánto trabajo se necesita antes de que puedan comercializarse.

Retumbar

Una manera simple de proporcionar retroalimentación de fuerza rudimentaria es mediante el uso de motores vibratorios simples, del tipo que se encuentra en los paquetes de los controladores de videojuegos modernos. Estos adquieren una nueva dimensión en la realidad virtual, ya que son capaces de asociar frecuencias e intensidades vibratorias específicas con los límites de los objetos virtuales.

Los usuarios pueden sentir un pequeño parpadeo cuando tocan un objeto o un elemento de la interfaz de usuario, y un pulso más fuerte cuando lo activan (similar a la retroalimentación forzada en las pantallas modernas de teléfonos inteligentes).

Este tipo de retroalimentación también podría usarse para transmitir la textura de las superficies. Con una unidad de retroalimentación de fuerza en cada dedo, como en el caso del Glove1, esta tecnología podría ser útil para navegar interfaces virtuales con los ojos cerrados. Dicho esto, esta tecnología proporciona un enfoque táctil muy espartano y funcional, y nunca será un gran constructor de inmersión.

Haptics de corte de piel

La tecnología de cizallamiento de la piel se basa en un hecho sorprendente sobre nuestro sentido del tacto, que es que principalmente juzgamos la presión ligera y no dolorosa. por el grado en que nuestra piel se desliza (algo que puede probar fácilmente tocando suavemente un punto en su piel y deslizando su dedo.

A medida que la piel se estira, aumenta la sensación de presión. Esto es útil, porque el cizallamiento de la piel es algo que es fácil de reproducir mecánicamente y puede proporcionar la ilusión de una presión sostenida, algo que no es posible con una simple vibración motor.

En este momento, la implementación más avanzada de esta tecnología es el controlador Tactical Haptics, que se conecta al sistema de control de movimiento STEM y proporciona retroalimentación de presión áspera en respuesta a interacciones virtuales como retroceso de arma, mover una varita a través de un material y balancear un peso virtual en un virtual cadena.

Los resultados son sorprendentemente convincentes por la simplicidad del mecanismo. Es fácil imaginarse construyendo un guante que proporcione este tipo de comentarios con más precisión, lo que permite los objetos tienen densidad, si no solidez: los objetos pueden sentirse duros, simplemente no podrán detener el movimiento del mano del usuario

Esta es una mejora importante, aunque tiene muchas de las mismas limitaciones que un simple estruendo: la tecnología Skin Sheer puede engaña el sentido del tacto, pero no puede engañar la propiocepción (el sentido intuitivo de dónde están tus extremidades y cómo están) Moviente). Incluso si la piel del usuario les dice que han golpeado algo sólido, sus músculos saben que su mano se mueve con fluidez a través de él.

Armaduras Robóticas

Esta es la parte donde todo comienza a ponerse un poco raro. Digamos que la tecnología debe ser capaz de evitar que los usuarios empujen sus manos a través de los objetos, para crear una ilusión de solidez más convincente. Eso significa que debe ejercer fuerza sobre la extremidad desde algún marco de referencia externo.

La forma más sencilla de lograrlo es usar la robótica, que se adhiere al cuerpo o al suelo, evitando su movimiento fuera de los límites de la geometría virtual.

Por solo una mano (lo que permite al usuario agarrar y sentir la solidez de los objetos virtuales, se parece a esto.

Un poco de miedo, ¿verdad? Bueno, hay muchas cosas que el guante todavía no puede hacer. ¿Qué pasa si el objeto que estás tocando es pesado? ¿Qué pasa si es algo sólido, como una pared, que necesita resistir los movimientos de los hombros y los codos, así como la muñeca y los dedos? Bueno, entonces necesitas algo como esto:

El sitio web de cyberglove no enumera el precio del dispositivo en el video anterior, pero otros sistemas como este cuestan cientos de miles de dólares. Parte de la razón de esto es que solo unas pocas organizaciones industriales y militares realmente compran estos dispositivos (y en cantidades muy pequeñas), lo que eleva el precio.

La otra parte es que estos son equipos realmente impresionantes a nivel técnico. Considere lo que es necesario para proporcionar una experiencia de retroalimentación háptica convincente al tocar un objeto sólido. Si el usuario apoya su mano contra una pared virtual y empuja, el sistema debe detectar el movimiento, consulte con la simulación para determinar si están tocando un objeto sólido, luego físicamente (y con fluidez) mueven la armadura para resistir el movimiento y regresan la mano del usuario a su posición original.

Todo esto debe lograrse antes de que el cerebro pueda registrar que el movimiento ha comenzado. Ese es un enorme desafío técnico, e incluso el mejor hardware de hoy no lo logra a la perfección.

La otra limitación aquí, aparte de los desafíos de reducir los costos de fabricación a un nivel aceptable, tiene que ver con hacer que la tecnología sea conveniente. Amarrarse literalmente en una armadura mecánica elaborada y poderosa tiene importantes barreras psicológicas asociadas. Es dudoso si los usuarios estarán dispuestos a soportar ese tipo de inconvenientes de forma regular, incluso si la tecnología es lo suficientemente sofisticada como para proporcionar una buena experiencia.

Lo más cerca que se ha llegado a implementar esta tecnología a nivel del consumidor es en forma de dispositivos como Toque algo que no está allí - Tecnología háptica [MakeUseOf explica]La háptica es la tecnología del tacto. En el contexto de un entorno virtual, significaría poder tocar y sentir algo que literalmente no está allí, pero que ciertamente no es su único uso. Desde... Lee mas El Novint Falcon. El Falcon no es un dispositivo de realidad virtual como tal, dado que su espacio de trabajo es una esfera de solo unas pocas pulgadas de ancho, eso Dicho esto, proporciona una retroalimentación de fuerza de tres ejes de alta precisión, y es el único dispositivo a un precio de consumo que lo hace entonces.

Novint ha estado trabajando en un exoesqueleto basado en el brazo llamado Xio por un tiempo, aunque ese proyecto parece estar en el limbo por el momento, debido a los problemas financieros de la compañía.

Potencialmente, este tipo de armaduras podría hacerse más simple y más barato mediante el uso de polímeros electroactivos - "músculos" artificiales hecho de plásticos que se contraen en respuesta a la corriente eléctrica, y generalmente son más baratos y compactos que los motores lineales equivalentes.

Retroalimentación acústica

Un enfoque completamente independiente del problema es utilizar rejillas de ultrasonido por fases para crear densas patrones de interferencia en el aire, que la piel registra como sólidos y pueden proporcionar resistencia. La tecnología se puede utilizar para proyectar objetos virtuales en 3D en el aire que los usuarios pueden tocar, con los nodos de ondas de presión que se cruzan produciendo una fuerza genuina en las manos del usuario.

A primera vista, esto podría parecer la bala mágica para la retroalimentación háptica de realidad virtual. Lamentablemente, hay algunas limitaciones. La resolución está limitada por la respuesta de frecuencia de los altavoces, así como por el número de ellos: poder cubrir un área espacial grande no es necesariamente práctico.

Más significativamente, hay una "fuga" sustancial: la energía acústica forma nodos involuntarios y semi-nodos en el espacio alrededor de donde se están creando patrones intencionales (algo que puede ver en el aceite). Las presiones producidas por este sistema son muy débiles: intentar escalarlas a volúmenes que puedan ejercer múltiples libras de presión sobre su cuerpo implicarían una enorme cantidad de energía y podrían ser físicamente peligrosos para usuarios.

Estimulación nerviosa

Por último, nos tomaremos un momento para tocar una tecnología más especulativa. Una forma (algunas personas argumentarían la mejor manera) de interactuar con el sentido del tacto es estimulando directamente los nervios en los brazos, la columna vertebral o el cerebro del usuario. Al hacer esto, es posible engañar al tacto, la propiocepción, las nueve yardas completas, incluidas las sensaciones como la temperatura que podrían ser poco prácticas con un traje o armadura robótica. Potencialmente, los científicos podrían hacer todo esto sin requerir los engorrosos trajes de robot o las redes acústicas escalonadas.

Ya se ha trabajado en este frente en el campo de las prótesis, tocando directamente en nervios cortados para enviar señales desde los sensores en la prótesis, para crear una sensación sintética de toque.

La estimulación cerebral puede proporcionar retroalimentación similar. El problema básico con este tipo de tecnologías es que requieren una cirugía bastante invasiva para poder instalar las interfaces nerviosas, una cirugía que es inaceptablemente riesgosa en personas sanas. También son bastante toscos y de grano grueso, en términos de precisión de la retroalimentación.

Para que estos sean prácticos como paradigma de interfaz háptica, realmente necesita poder obtener la resolución de la interfaz del electrodo mucho más fina y reducir la invasividad del procedimiento. Aquí hay algunos enfoques, que van desde nanotecnología Cómo la nanotecnología está cambiando el futuro de la medicinaEl potencial de la nanotecnología no tiene precedentes. Los verdaderos ensambladores universales marcarán el comienzo de un cambio profundo en la condición humana. Por supuesto, todavía queda un largo camino por recorrer. Lee mas y a optogenética Control cerebral con luz: es posible con la optogenéticaEn los últimos años, está surgiendo una nueva técnica llamada "optogenética", que puede ayudar a los científicos a desentrañar los secretos del cerebro (y tratar sus trastornos) de una manera completamente nueva. Lee mas , pero parece seguro decir que los grandes avances son poco probables en los próximos años.

El futuro del tacto

Todavía es pronto para la realidad virtual, y aún no existe una gran demanda de interfaces hápticas por parte de los consumidores, pero lo habrá. La enorme fiebre del oro de la innovación en realidad virtual apenas está comenzando, y es probable que veamos todas estas técnicas mejoradas masivamente en los próximos años.

Dicho esto, ninguna de las tecnologías actuales parece perfecta. Todos ellos tienen al menos un inconveniente grave, ya sea en términos de la calidad de la sensación que pueden proporcionar o las barreras para su uso. Es completamente posible que la eventual solución "perfecta" para la entrada de realidad virtual aún no se haya inventado. Si ese es el caso, estoy ansioso por ver qué proponen los desarrolladores a continuación.

¿Estás emocionado por las interfaces táctiles de realidad virtual? ¿Hay algún producto o tecnología emocionante que no cubrimos aquí? ¡Háganos saber en los comentarios!

Créditos de imagen: Captura de la mano Via Shutterstock