Тактильные технологии передачи информации

Прочитано: 398 раз(а)


Тактильные ощущения передают тактильную информацию с помощью таких ощущений, как вибрация, прикосновение и силовая обратная связь.

Тактильные ощущения определяются как технология, которая передает тактильную информацию с помощью таких ощущений, как вибрация, прикосновение и силовая обратная связь. Системы виртуальной реальности и технологии реального мира используют тактильные ощущения для улучшения взаимодействия с людьми. В этой статье рассматриваются значение, типы и важность тактильных ощущений.

Что такое тактильные ощущения?

Тактильная технология передает тактильную информацию с помощью таких ощущений, как вибрация, прикосновение и силовая обратная связь. Системы виртуальной реальности и реальные технологии используют тактильные ощущения для улучшения взаимодействия с людьми.

Одна из целей тактильных ощущений — позволить системе виртуальной реальности заставить людей чувствовать, что опыт, который она изображает, «настоящий». Распространенной тактильной технологией является вибрация мобильного телефона во время игры для усиления эффекта погружения.

NORDICTRACK VR BIKE

Тактильные технологии используют силу и тактильную обратную связь, чтобы пользователи и компьютеры могли взаимодействовать друг с другом . Первый моделирует определенные физические характеристики виртуализируемого объекта, такие как давление и вес. Последний отображает текстуру объекта (например, гладкость или шероховатость).

Как именно работают тактильные ощущения? Прежде чем мы углубимся в работу этой технологии, давайте сначала поймем роль кожи человека. Этот сложный орган полон сенсорных рецепторов и нервных окончаний, называемых соматосенсорной системой. Эта система уведомляет мозг о жаре, холоде, боли и других ощущениях, которые испытывают люди.

Сенсорные рецепторы передают ощущения, передавая сигналы ближайшему нейрону, который затем передает сигнал следующему ближайшему нейрону, пока мозг не получит сигнал. Затем мозг определяет реакцию на ощущение. Весь этот процесс занимает меньше секунды.

Аудио и графика стимулируют наше чувство звука и зрения для передачи информации. Точно так же тактильные ощущения стимулируют нашу соматосенсорную систему передавать информацию и обеспечивать контекст. Например, когда пользователь удерживает значок приложения на панели приложений Apple iPhone, его палец испытывает ощущение «тянущего». Тактильные двигатели iPhone генерируют это ощущение, чтобы сообщить, что приложение готово к перемещению, удалению или категоризации.

Вибрации, силы и другие движения тактильных систем создаются механически с использованием различных методов. Наиболее распространенным методом является привод эксцентриковой вращающейся массы (ERM). Быстрое вращение ERM вызывает нестабильность силы от веса, что приводит к движениям в моторе и, следовательно, к тактильной обратной связи.

Линейные резонансные приводы (LRA) — еще один метод создания тактильной обратной связи. В этом методе магнит, соединенный с пружиной, связывается катушкой и закрепляется с помощью внешнего слоя. Катушка питается электромагнитным полем, заставляя магнитную массу вибрировать, создавая ощущение обратной связи.

Помимо LRA и ERM, другие новые технологии также используются для обеспечения тактильной обратной связи более доступными и реалистичными способами. Эксперты используют Haptics для таких функций, как обучение, обучение, развлечения и удаленные практические операции.

Типы тактильных технологий

Тактильные ощущения бывают разных типов, которые классифицируются на основе использования, обратной связи и модальности. Давайте больше разберемся в типах тактильных технологий.

Представлена "умная кожа" с искусственным интеллектом

На основе использования

1. Удобность

Захватываемые устройства (например, джойстики) — это стандартная тактильная технология, которая генерирует кинестетическую обратную связь. Тактические вибрации, движения и сопротивление, создаваемые этими устройствами, позволяют пользователям лучше погрузиться в игру и даже более эффективно управлять роботами в удаленных или виртуальных условиях.

Интересные примеры этой технологии в действии включают обезвреживание бомб и исследование космоса. В последнем случае астронавты или наземный персонал используют роботов с тактильным управлением для ремонта оборудования (например, деталей космического корабля или спутников), не покидая корабля или даже Земли.

2. Осязаемость

Тактильные сенсорные технологии широко распространены в потребительских приложениях; подумайте о смартфонах, которые реагируют на нажатия, повороты и другие движения пользователя. Достижения в сфере тактильных ощущений вскоре позволят технологии воспроизводить движения и текстуры объектов (известные как гаптография).

Например, компании могли бы использовать программируемые текстуры, чтобы покупатели могли ощупывать материалы для одежды, такие как хлопок или шелк, перед покупкой, не выходя из дома.

3. Носимая технология

Носимая тактильная технология имитирует ощущение контакта, используя тактильные стимулы, включая давление, вибрацию и даже температуру.

Быстро развивающимся вариантом использования носимых тактильных устройств являются перчатки виртуальной реальности (VR), которые имитируют ощущения реального мира и передают и получают данные от пользователей, управляющих своими виртуальными аватарами или удаленными роботами.

Разработана беспроводная кожа для виртуальной реальности

На основе отзывов

1. Принудительная обратная связь

Эта форма тактильных ощущений возникла в конце 1960-х годов, что делает ее одним из старейших и наиболее хорошо изученных типов этой технологии. Он стимулирует кожу, мышцы и связки человека, в отличие от других типов тактильных ощущений, которые обычно воздействуют только на верхние слои кожных рецепторов.

Этот тип тактильных ощущений существует в двух стилях для имитации частей человеческого тела: биомиметическом и небиомиметическом. Биомиметические устройства по форме напоминают человеческие конечности и двигаются вместе с ними. Примером могут служить экзоскелеты – устройства, являющиеся «дополнением» к человеческому телу.

Ограничением, с которым сталкиваются в случае биомиметических устройств, является сложность разработки. Эти устройства должны воспроизводить движения и функции человеческих конечностей для разных размеров тела, не ограничивая свободу движений. С этой проблемой не сталкиваются небиомиметические устройства, отличные от человеческого тела.

Помимо формы, оборудование с силовой обратной связью можно классифицировать по направлению приложенной мощности. В эту классификацию входят активные и резистивные устройства. Первые ограничивают движения пользователя и используют моторы для управления активностью. Они могут имитировать многочисленные типы взаимодействия и, как правило, надежны, но их трудно контролировать. Последние ограничивают движение пользователя с помощью тормозной системы.

2. Вибротактильная обратная связь

В этом распространенном типе тактильных ощущений используются вибростимуляторы, оказывающие давление на кожу человека. Вибротактильная обратная связь нацелена на определенные рецепторы кожи, которые напоминают структуру слоев луковицы и могут воспринимать вибрации частотой до 1000 герц.

Эти устройства экономичны, просты, просты в управлении и питании. Их обычно можно увидеть в сотовых телефонах, игровых контроллерах, автомобильных рулях и смарт-часах. Однако вибрационные двигатели имеют определенные ограничения: они не идеальны для имитации широкого спектра ощущений, и их трудно эффективно миниатюризировать.

Типичный пример этого типа обратной связи в действии можно увидеть на смартфонах: пользователь испытывает вибрацию, которая ощущается как нажатие физической кнопки при взаимодействии с сенсорным экраном.

3. Электротактильная обратная связь

Электротактильные стимуляторы применяют электрические импульсы, воздействующие как на рецепторы, так и на нервные окончания. Эти устройства могут передавать пользователям многочисленные ощущения, некоторые из которых не могут быть получены другими методами обратной связи.

Тактильные ощущения, использующие эту методологию обратной связи, могут принимать различные формы в зависимости от частоты и интенсивности раздражителей, которым подвергается кожа человека. Ощущения могут возникать в зависимости от напряжения, тока, формы волны, материала, силы контакта, размера электрода, типа кожи и даже гидратации.

В отличие от вибротактильной или силовой обратной связи, системы электротактильной обратной связи не полагаются на движущиеся механические части. Еще одна особенность, которая отличает эти типы тактильных устройств, — это сборка электродов в компактные массивы для реализации электротактильных дисплеев. Поскольку электрические сигналы служат основой нервной системы человека, эта тактильная обратная связь очень подходит для имитации ощущений реального мира.

4. Ультразвуковая тактильная обратная связь

Эта тактильная технология использует ультразвуковые излучатели (высокочастотные звуковые волны) для создания тонкой обратной связи. В этих устройствах используется принцип передачи, известный как обращение акустического времени, когда местоположение излучателя может отличаться от предполагаемой цели для сигнала на теле человека.

Поля тактильной обратной связи полезны, когда необходимо передать ультразвуковую обратную связь на части тела с большей площадью поверхности. Эти поля объединяют несколько излучателей, создавая невидимые, но осязаемые поверхности раздела ультразвуковых волн в воздухе. Эти интерфейсы создают турбулентность, которую может почувствовать человеческая кожа.

Важным преимуществом этой тактильной технологии является ее независимость от носимых пользователем аксессуаров . Однако такое устройство часто менее экономично, чем другие типы тактильной обратной связи.

5. Термическая обратная связь

Тактильная тепловая обратная связь использует решетки приводов в прямом контакте с человеческим телом. В этих системах используются термоэлектрические диоды, основанные на эффекте Пельтье. Здесь не требуется множество крошечных единиц или очень точное размещение стимула для получения желаемого эффекта имитации.

Однако управление температурой может быть сложным, поскольку тепло или холод не могут просто исчезнуть с какой-либо поверхности и должны передаваться в соответствии с законом сохранения энергии. Передача также должна происходить быстро, чтобы обеспечить точное моделирование. Таким образом, эти устройства могут быть очень энергоемкими и сложными.

На основе модальности

1. Вибрация

Вибрация является стандартной модальностью в большинстве тактильных ощущений. К этой категории относятся такие технологии, как эксцентричная вращающаяся масса и линейные резонансные приводы, которые обсуждались выше. Его можно увидеть в носимых устройствах, мобильных телефонах, контроллерах и многих других типах устройств.

Как устроить свидание на расстоянии в виртуальной реальности

Однако не каждое вибрирующее устройство можно отнести к категории тактильных. Различие заключается в намерении и сложности вибрационных паттернов. Обычные вибрирующие устройства обычно излучают одиночный сигнал с непрерывной монотонной интенсивностью на протяжении всего сеанса связи. С другой стороны, тактильные сигналы передают информацию с использованием усовершенствованных сигналов.

Проще говоря, ощущение, которое передает «общую» информацию, а не «конкретное» намерение, — это простая вибрация. Подумайте о смартфонах — устройство, вибрирующее во время разговора, — это просто вибрация. Напротив, вибрация определенной интенсивности в определенной части устройства во время игрового сеанса может указывать на конкретную информацию, например, о столкновении в гоночной игре.

2. Кинестетика

Тактильные ощущения, использующие эту модальность, закрепляются на теле пользователя и имитируют движение, массу и форму.

3. Кнопка

Смарт-экранам не хватает знакомой тактической обратной связи механических кнопок. Смоделированные кнопки используют звуковую и тактильную обратную связь, чтобы воспроизвести ощущение механизированной нажимной подушечки под пальцем пользователя.

Важность тактильных ощущений

Тактильные технологии играют важную роль в нескольких отраслях. Ниже приведены случаи повседневного использования тактильных ощущений.

1. Метавселенная

Сегодня термин метавселенная часто можно услышать в технических новостях. Популярность этой концепции стремительно растет, и компании во всех отраслях промышленности готовятся к тому, чтобы она произвела революцию в жизни, какой мы ее знаем. Ожидается, что тактильные технологии станут одной из наиболее популярных технологий в этой области, дополняя развитие метавселенной.

Конечная цель метавселенной — воспроизвести реальность в виртуальной среде, почти неотличимой от реального мира. Естественно, это требует погружения во все ощущения человека, а не только в зрение и слух. Высокоэффективная тактильная техника имеет решающее значение для успеха этого коллективного видения технологической отрасли.

Давайте посмотрим, как Meta, пожалуй, самый выдающийся игрок в пространстве метавселенной, позиционирует свое использование тактильных ощущений. Компания Facebook объявила о ребрендинге в октябре 2021 года; однако он имел дело с иммерсивными технологиями задолго до этого.

Первый значительный скачок к превосходству в тактильных ощущениях произошел благодаря приобретению компанией Meta компании Oculus в 2014 году за 2 миллиарда долларов. С тех пор компания приобретает новые IP-адреса дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR) и инвестирует в создание собственных решений. Упоминания о тактильных ощущениях появились еще в 2019 году.

Как устроить свидание на расстоянии в виртуальной реальности

Facebook Reality Labs (ранее известная как Oculus Labs) продемонстрировала многообещающий прогресс в исследованиях иммерсивных решений. Например, недавно представленные устройства с поддержкой тактильных ощущений предназначены для уменьшения задержки ввода во время игр.

Тактильные ощущения также являются естественным выбором для пользователей, реалистично и свободно взаимодействующих с виртуальными мирами. Благодаря тактильным технологиям «неуклюжее» поведение пользователя (например, касание сенсорного экрана или нажатие кнопки на портативном пульте дистанционного управления) заменяется плавным масштабированием, сжатием, нажатием, прикосновением, перетаскиванием и другими объектно-ориентированными взаимодействиями.

Механизм (скорее всего, перчатки), который обеспечит эти взаимодействия, будет оснащен не только тактильными ощущениями. Они также будут включать электромиографию (ЭМГ) для преобразования электрических сигналов, которые передают мысли человека, во входные данные, которые могут считывать компьютеры.

Как тактильные ощущения будут работать в метавселенной? Каждый раз, когда пользователи вносят свой вклад, они получают обратную связь или реакцию. Например, пользователь, толкающий объект в метавселенной, может «почувствовать» его сопротивление и вес. Пользователи почувствуют, как от них отходят пальцы, если камень будет брошен через виртуальный пруд. Это магия тактильных ощущений!

2. Исследование космоса

Метавселенная — не единственная экзотическая среда, в которой тактильные ощущения создают волну. Технология также достигла космоса, и наземные экипажи и астронавты используют ее для различных приложений, включая исследование космоса.

Туризм и метавселенная: на пути к широкому использованию виртуальных путешествий?

Например, тактильные ощущения играют жизненно важную роль в проекте Европейского космического агентства METERON. Эта программа направлена ​​на разработку интерфейсов роботов, сетей связи и соответствующего аппаратного и программного обеспечения для удаленного управления роботами в космосе.

Космические агентства также потенциально могут использовать тактильные технологии для создания инфраструктуры на других планетах или спутниках с использованием роботов, управляемых людьми с Земли. Сегодня это может показаться амбициозным; однако космические агентства уже внедрили сложную тактильную технику для существующих космических приложений. Дальнейшее развитие событий вполне естественно.

Имитация дискриминации в виртуальной реальности

3. Авиация

В авиации тактильные ощущения позволяют летным экипажам быстро узнавать об эксплуатационных проблемах. Например, рулевое оборудование оснащено тактильными технологиями, чтобы уведомлять пилотов, если они входят в опасные условия полета.

Даже при отсутствии непосредственной опасности тактильная обратная связь используется в авиации, чтобы повысить общую ситуационную осведомленность пилотов и уведомить их о состоянии самолета. Например, тактильные сигналы дают пилотам информацию об управлении полетом и помогают безопасно и экономично управлять режимом полета.

Физики заявляют, что Вселенная не является компьютерной симуляцией

Тактильная технология также является одним из решений, которое помогает обеспечить соблюдение мер защиты полетной зоны. Тактильные приводы установлены на различных компонентах в кабине и среди органов управления. Они физически взаимодействуют с телом пилота и быстро и эффективно передают необходимую информацию.

Тактильные ощущения используются не только в реальных полетах, но и для передачи реалистичных ощущений во время симуляций полета. Это позволяет летным стажерам испытать события, с которыми они иначе столкнулись бы, только если бы они произошли с ними в реальной жизни. Например, дождь, шторм и поврежденные двигатели можно моделировать с помощью симуляторов с поддержкой тактильных ощущений.

4. Автомобили

Haptics имеет потенциал для расширения связи между водителем и транспортным средством и повышения общего удобства использования транспортных средств. Тактильные компоненты можно вставлять непосредственно в различные части пользовательского интерфейса (UI) автомобиля, включая рулевое колесо, педали, ремни безопасности, приборную панель и сиденье.

Затем эти тактильные интерфейсы используются для обратной связи с водителем по усилию или касанию. Например, вибрирующее сиденье может уведомить водителя о том, что пешеходы могут перейти дорогу перед ним.

5. Телеоперации с роботами

Телеоператоры полагаются на тактильные ощущения для получения важной обратной связи от удаленных роботизированных инструментов. В некоторых случаях операторы уведомляются о силах, которым подвергается робот, в режиме реального времени. Это позволяет им выполнять задачи с точностью и точностью. Например, роботы регулярно справляются с отравляющими веществами и обезвреживают взрывчатые вещества.

Телемедицинский сервис «Доктис» и компания ИФАРМА создают совместную цифровую исследовательскую платформу

6. Здравоохранение

Тактильные ощущения играют жизненно важную роль в нескольких аспектах современного здравоохранения. Возьмем, к примеру, малоинвазивную хирургию. Здесь органы управления специализированными лапароскопическими инструментами оснащены силовой и тактильной обратной связью, что позволяет врачам дистанционно и точно исследовать ткани и диагностировать аномалии.

Тактильные технологии также дают хирургам больший контроль над медицинскими процедурами с использованием роботов. Хирургические роботы позволяют врачам проводить операции в местах, которые слишком малы для человеческих рук, использовать небольшие инструменты или даже выполнять операции, сидя в другой части мира. Добавление тактильной обратной связи к роботизированным телеоперациям для хирургии повышает точность и минимизирует время операции. Риск повреждения тканей также заметно снижается.

Кроме того, тактильные ощущения играют роль в обучении практикующих врачей . Например, студенты-медики могут практиковаться на виртуальных пациентах, «почувствовав» настоящие разрезы и наложение швов, не рискуя благополучием другого человека. Стоматологические симуляторы являются еще одним примером этой технологии в действии: студенты-стоматологи могут сверлить зубы и резать десны в виртуальной реальности, а тактильные ощущения имитируют реальные ощущения и результаты.

7. Развлечения

Сиденья в кинотеатрах и иммерсивные игровые наборы в торговых центрах и тематических парках оснащены тактильными устройствами для имитации взрывов, погодных эффектов и других условий окружающей среды и человека. Контроллеры, такие как геймпады, джойстики, реактивные сиденья и рулевые колеса, передают физические ощущения геймерам с помощью электротактильной или силовой обратной связи, поскольку видеоигры стремятся воссоздать реальность виртуальных сценариев.

Революционный успех в предоставлении автоматизированной психологической терапии с использованием виртуальной реальности

И это еще не все! Тактильные технологии также охватывают домашних пользователей, помимо игровых контроллеров и гарнитур виртуальной реальности. Например, тактильные жилеты, которые каждый может купить онлайн, передают низкие частоты в разные части человеческого тела после ношения. Эти жилеты сочетаются с совместимыми домашними развлекательными устройствами, чтобы усилить ощущения при потреблении мультимедийных материалов, таких как видеоигры и фильмы.

Заключение

Существует множество тактильных конфигураций, каждая из которых имеет определенный набор вариантов использования. Тактильные технологии достигли потребителей из всех слоев общества, и ожидается, что они будут только расширяться с быстрой популяризацией метавселенной. Но это далеко не единственное применение тактильных ощущений. В различных формах эта технология используется в медицине, индустрии развлечений, автомобилестроении и многих других областях.

Умные тактильные поверхности используются в качестве нового интерфейса человека-киборга



Новости партнеров