Händer på hur Haptic Technologies kommer att ta touch till VR

Nästan alla de imponerande varför virtuell verklighetsteknik kommer att blåsa ditt sinne om 5 år Varför virtuell verklighetsteknik kommer att blåsa ditt sinne om 5 år Framtiden för virtuell verklighet omfattar huvud-, ögon- och expressionsspårning, simulerad touch och mycket mer. Dessa fantastiska tekniker kommer att vara tillgängliga för dig om 5 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 mäktiga upplevelser. VR handlar om att ändra filmskapande för evigt: Så här gör VR om att ändra filmskapande för evigt: Så här är Virtual reality en ny sätt att kommunicera med din tittare och många människor med en bakgrund i traditionell filmskapning hittar möjligheterna spännande. Läs mer, men det är ofullständigt. För att helt kunna fördjupa användarna i interaktiva virtuella verklighetsmiljöer kommer det att vara nödvändigt att bygga kringutrustning som helt engagerar känslan av beröring.

Tyvärr är touch en mycket svårare känsla att lura än visionen är. Med synen måste all hårdvara avbryta signaler som rör sig till ögonen. Hud täcker däremot ungefär två kvadratmeter kropp och artikulerar komplicerade tvåvägs interaktioner med världen.

Det här är det organ som haptisk teknik försöker lura, och det är svårt. Det finns ett antal kringutrustning Nästa steg i immersion Virtuell verklighet - Razer Hydra & Omni Nästa steg i immersion Virtuell verklighet - Razer Hydra & Omni Nu när Oculus Rift är i händerna på utvecklare och entusiaster (läs min omfattande recension av Oculus Rift) är arbetet med konsumentversionen väl på gång. 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 historien om 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 århundrade för att få skärmar små och noggranna för att ge en bra virtuell verklighetserfarenhet. Den motsvarande resan, för beröring, börjar bara nu.

I den här artikeln kommer vi att undersöka några tekniker under utveckling idag som kan ge en känsla av beröring för VR-användare. Jag har rangordnat tekniken med kvaliteten på de erfarenheter som de potentiellt kan ge, och hur mycket arbete behövs innan de kan kommersialiseras.

Rumble

Ett enkelt sätt att tillhandahålla rudimentär kraftåterkoppling är genom användning av enkla vibrerande motorer, av den sort som finns i rumblepackningarna hos moderna videogame controllers. Dessa tar en ny dimension i VR, eftersom de kan associera specifika vibrationsfrekvenser och intensiteter med gränserna för virtuella objekt.

Användare kan känna en liten blink när de rör ett objekt eller ett UI-element och en starkare puls när de aktiverar den (liknande kraft-återkoppling på moderna smartphones).

Denna typ av feedback kan också användas för att förmedla ytstrukturens struktur. Med en kraftåterkopplingsenhet på varje finger, som för Glove1, kan denna teknik vara användbar för att navigera virtuella gränssnitt med dina ögon stängda. Med detta sagt ger denna teknik ett mycket spartanskt, funktionellt tillvägagångssätt för beröring, och kommer aldrig att bli mycket av en fördjupningsbyggare.

Skin Shear Haptics

Hudskjuvteknik bygger på ett överraskande faktum om vår känsla av beröring, vilket innebär att vi i första hand bedömer lätt, smärtsamt tryck i den grad vår hud glider runt (något du lätt kan testa genom att försiktigt röra en fläck på huden och glider fingret.

När huden sträcker sig ökar känslan av tryck. Det här är praktiskt, eftersom skjuvning är något som det är lätt att reproducera mekaniskt och kan ge illusionen av fortsatt tryck, något som inte är möjligt med en enkel vibrerande motor.

Just nu är det mest avancerade genomförandet av denna teknik Tactical Haptics-kontrollen som fäster STEM-rörelsekontrollsystemet och ger grovtryckspå återkoppling som svar på virtuella interaktioner som pistolrekryp, rörelse en troll genom ett material och svängande en virtuell vikt runt på en virtuell kedja.

Resultaten är överraskande övertygande för mekanismens enkelhet. Det är lätt att föreställa sig att bygga en handske som ger denna typ av feedback med mer precision, vilket gör det möjligt för virtuella objekt att ha densitet, om inte soliditet: föremål kan känna sig svårt, de kommer inte bara att kunna stoppa rörelsen hos användarens hand.

Det här är en stor förbättring, även om den har många av samma begränsningar som enkel rubbning. Heltäckande teknologi kan lura känslan av beröring, men det kan inte lura proprioception (den intuitiva känslan av var dina lemmar är och hur de rör sig ). Även om användarens hud berättar för dem att de har slagit sig något fast, vet deras muskler att deras hand rör sig flytande genom den.

Robotic Armatures

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

Det enklaste sättet att nå det är att använda robotteknik, som fäster antingen på din kropp eller på marken, förhindrar dess rörelse utanför gränserna för den virtuella geometrin.

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

Okej läskigt, eller hur? Tja, det finns många saker som handsken fortfarande inte kan göra. Vad händer om objektet du röra är tungt? Vad händer om det är något fast, som en vägg, som behöver motstå rörelser från axlarna och armbågarna, liksom handleden och fingrarna? Tja, då behöver du något så här:

Webbplatsen Cyberglove listar inte ett pris för enheten i videon ovan, men andra system som det går in i hundratusentals dollar. En del av anledningen till detta är att endast några industriella och militära organisationer faktiskt köper dessa enheter (och i mycket små siffror), som driver priset upp.

Den andra delen är att det här är verkligen imponerande utrustning på en teknisk nivå. Tänk på vad som är nödvändigt för att ge en övertygande haptisk feedbackupplevelse av att röra ett fast objekt. Om användaren vilar mot en virtuell vägg och trycker, måste systemet upptäcka rörelsen, konsultera simuleringen för att bestämma att de rör ett fast föremål, då fysiskt (och flytande) flytta ankaret för att motstå rörelsen och returnera användarens hand till sin ursprungliga position.

Allt detta måste uppnås innan hjärnan kan registrera att rörelsen har börjat. Det är en enorm teknisk utmaning, och till och med den bästa hårdvaran idag gör det inte helt perfekt.

Den andra begränsningen här, förutom utmaningarna att få tillverkningskostnaderna till en acceptabel nivå, har att göra med att tekniken är bekväm. Bokstavligen sätta dig i en utarbetad och kraftfull mekanisk armatur har en betydande psykologisk barriär i samband med den. Det är tveksamt om användarna kommer att vara villiga att regelbundet ta upp den typen av besvär, även om tekniken är sofistikerad nog att ge en bra upplevelse.

Närmast den här teknologin har kommit att användas på konsumentnivå är i form av enheter som Touch Something There There There - Haptic Technology [MakeUseOf Explains] Touch Något som inte finns där - Haptic Technology [MakeUseOf Explains] Haptics är Touch-tekniken. I samband med en virtuell miljö skulle det innebära att man kunde röra och känna något som bokstavligen inte finns där, men det är absolut inte den enda användningen. Från ... Läs mer Novint Falcon. Falken är inte en virtuell verklighetstjänst som sådan, eftersom dess arbetsutrymme är en sfär bara några inches tvärsöver - det sägs att det ger hög precision, treaxig kraftåterkoppling och är den enda enheten vid en konsumentprispunkt det gör det.

Novint har arbetat med en armbaserad exoskelett som kallas Xio en stund, även om projektet verkar vara i limbo för tillfället, efter företagets ekonomiska problem.

Potentiellt kan dessa typer av armaturer bli enklare och billigare genom användning av elektroaktiva polymerer - konstgjorda "muskler" av plast som kontrakt som svar på elektrisk ström och är generellt billigare och kompaktare än ekvivalenta linjära motorer.

Akustisk återkoppling

Ett helt självständigt förhållningssätt till problemet är att använda fasbaserade ultraljudsrör för att skapa täta interferensmönster i luften, som registreras av huden så fast och kan ge verkligt motstånd. Tekniken kan användas för att projicera virtuella 3D-objekt i luften som användarna kan röra, med noderna för att korsa tryckvågor som producerar äkta kraft på användarens händer.

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

Mer signifikant är det väsentligt “läckage” - akustisk energi bildar oavsiktliga noder och halvnoter i utrymmet där avsiktliga mönster skapas (något du kan se i oljan). Trycket som produceras av detta system är mycket svagt: försök att skala upp dem till volymer som kan utöva flera pounds tryck på din kropp skulle innebära en enorm mängd energi och kan vara fysiskt farliga för användarna.

Nervstimulering

Slutligen ska vi ta en stund att ta kontakt med en mer spekulativ teknik. Ett sätt (vissa människor skulle argumentera det ultimata sättet) att engagera sig i känslan av beröring är genom att direkt stimulera nerverna i användarens armar, ryggrad eller hjärna. Genom att göra det är det möjligt att lura beröring, proprioception, hela nio meter - inklusive känslor som temperatur som kan vara opraktiskt att uppnå med en kostym eller robotarmatur. Potentiellt kan forskare göra allt detta utan att kräva de besvärliga robotarna eller fasade akustiska rutorna.

Det har redan gjorts något arbete på denna front inom området proteser, som direkt tappar in i avbrutna nerver för att skicka signaler tillbaka från sensorer i protesen för att skapa en syntetisk känsla.

Hjärnstimulering kan ge liknande feedback. Grundproblemet med denna typ av teknik är att de kräver ganska invasiv kirurgi för att kunna installera nervgränssnittet - operation som är oacceptabelt riskabelt hos friska människor. De är också ganska råa och grovkorniga, när det gäller precisionen i återkopplingen.

För att dessa ska vara praktiska som ett paradis för haptisk gränssnitt måste du verkligen få upplösningen av elektrodgränssnittet mycket finare och minska processens invasivitet. Det finns några tillvägagångssätt här, allt från nanoteknologin Hur nanoteknik förändrar medicinens framtid Hur nanoteknologi förändrar medicinens framtid Potentialen för nanoteknik är aldrig tidigare skådad. Sann universella montörer kommer att inleda ett djupt skift i det mänskliga tillståndet. Självklart finns det fortfarande en lång väg att gå. Läs mer y till optogenetics Brain Control With Light: Det är möjligt med Optogenetics Brain Control med ljus: Det är möjligt med Optogenetics Under de senaste åren är en ny teknik som kallas "optogenetics" på väg fram, vilket kan hjälpa forskare att riva upp 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.

Framtiden för Touch

Det är fortfarande tidiga dagar för virtuell verklighet, och det finns ännu inte bred konsumentfråga för haptiska gränssnitt - men det kommer att bli. Den enorma guldrushen av virtuell verklighetsinnovation börjar nu bara, och vi kommer troligen att se alla dessa tekniker kraftigt förbättrade under de kommande åren.

Med detta sagt verkar ingen av den nuvarande tekniken perfekt. Alla har åtminstone en allvarlig nackdel, antingen vad gäller kvaliteten på känslan de kan ge, eller hindren för deras användning. Det är helt möjligt att det eventuella “perfekt” Lösningen på VR-ingången har inte uppfunnits än. Om så är fallet, är jag angelägen om att se vilka utvecklare som kommer med nästa.

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

Bildkrediter: Handfångst Via Shutterstock

Utforska mer om: Teknik, virtuell verklighet.