Будущее осязания: исследователи раскрывают физические ограничения в тактильной голографии.

Тактильная голография обещает оживить виртуальную реальность, но новое исследование обнаруживает удивительное физическое препятствие, которое необходимо преодолеть.

Исследовательская группа Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружила новое явление, лежащее в основе новых голографических тактильных дисплеев, и может привести к созданию более захватывающих впечатлений от виртуальной реальности. Выводы команды опубликованы в журнале Science Advances.

В голографических тактильных дисплеях используются фазированные решетки ультразвуковых излучателей для фокусировки ультразвука в воздухе, что позволяет пользователям прикасаться, чувствовать и манипулировать трехмерными виртуальными объектами в воздухе голыми руками без необходимости физического устройства или интерфейса. Хотя эти дисплеи имеют большие перспективы для использования в различных областях применения, включая дополненную реальность, виртуальную реальность и телеприсутствие, тактильные ощущения, которые они в настоящее время обеспечивают, размыты и слабы, ощущаются как «ветер» или «дуновение воздуха».

«Наше новое исследование объясняет, почему такие голограммы кажутся гораздо более размытыми или нечеткими, чем можно было бы ожидать», — сказал Йон Визелл, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники , чьи исследования сосредоточены на интерактивных технологиях с упором на тактильные ощущения, робототехнику и электронику.

В исследовании под руководством Визелла и Грегори Рирдона, докторанта-исследователя, использовались оптические изображения с высоким разрешением, моделирование и эксперименты по восприятию для изучения волн, возбуждаемых ультразвуком, которые возбуждаются в коже во время тактильной голографии. Они обнаружили, что голографические дисплеи возбуждают широко распространенные вибрационные паттерны — сдвиговые ударные волны — в коже.

В тактильной голографии, объяснил Визелл, ударные волны создаются, когда ультразвуковые волны фокусируются и сканируются в воздухе, вызывая вибрации кожи. Эти вибрации могут мешать друг другу таким образом, что в некоторых местах усиливается их сила, явление, известное как конструктивная интерференция.

Формирование ударных волн создает висячий след, который выходит за пределы намеченной фокусной точки, снижая пространственную точность и ясность тактильных ощущений. В качестве аналогии, по мнению исследователей, если сфокусированный звуковой луч представляет собой быстро движущуюся лодку по воде, то ударная волна представляет собой след, следующий за лодкой. Современные голографические тактильные дисплеи возбуждают узоры ударных волн, которые настолько распространяются по коже, что ощущения кажутся очень размытыми.

«Наше исследование показывает, как голографические тактильные дисплеи, которые являются многообещающей новой технологией для виртуальной реальности и телеприсутствия, требуют новых знаний в области акустических инноваций в дизайне», — сказал Визелл.

«Понимая, что лежит в основе физики сдвиговых ударных волн, генерируемых ультразвуком в коже, мы надеемся улучшить конструкцию тактильных голографических дисплеев и сделать их более реалистичными и захватывающими для пользователей. Такие тактильные дисплеи могут позволить нам дополнить наше физическое окружение безграничное разнообразие виртуальных объектов, интерактивных анимированных персонажей или хватательных инструментов, которые можно не только увидеть, но и потрогать, и пощупать руками».

Открытие группой ранее неизвестных явлений ударной волны, которые лежат в основе тактильной голографии, является важным шагом вперед в создании тактильных голографических дисплеев, которые могут позволить пользователям более реалистично и с эффектом присутствия взаимодействовать в метавселенной будущего.