تعطي التغذية المرتدة المتقدمة لمسة واقعية للتكنولوجيا

تقتصر معظم واجهات Haptic اليوم على الاهتزازات البسيطة. في حين أن العروض المرئية وأنظمة الصوت استمرت في التقدم ، فإن أولئك الذين يستخدمون إحساسنا باللمس قد راكدوا إلى حد كبير. الآن ، قام الباحثون بتطوير نظام Haptics يخلق أكثر تعقيدًا ردود الفعل اللمسية. إلى جانب الطنانة ، يحاكي الجهاز الأحاسيس مثل القرص والتمدد والاستفادة من تجربة أكثر واقعية.

يقول: “الإحساس باللمس هو العلاقة الشخصية التي يمكنك القيام بها مع فرد آخر”. جون روجرز، أستاذ في جامعة نورث وسترن في إيفانستون ، إلينوي ، الذي قاد المشروع. “إنه أمر مهم حقًا ، لكنه أكثر صعوبة من الصوت أو الفيديو.”

شارك في قيادة روجرز ويونجغانج هوانغ ، وهو أيضًا أستاذ في شمال غرب ، العمل موجه إلى حد كبير نحو التطبيقات الطبية. ولكن يمكن استخدام التكنولوجيا في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك الواقع الافتراضي أو المعزز والشعور بملمس نسيج الملابس أو غيرها من العناصر أثناء التسوق عبر الإنترنت. البحث تم نشره في المجلة علوم في 27 مارس.

شعور دقيق باللمس

تعتمد واجهات اليوم البهجة في الغالب على الاهتزاز المحركات، والتي هي بسيطة إلى حد ما لبناء. يقول روجرز: “إنه مكان رائع للبدء”. ويضيف أن تجاوز الاهتزاز يمكن أن يساعد في إضافة حيوية التفاعلات في العالم الحقيقي إلى التكنولوجيا.

تتطلب هذه الأنواع من التفاعلات قوى ميكانيكية أكثر تطوراً ، والتي تشمل مزيجًا من كلتا القوى الطبيعية الموجهة بشكل عمودي على سطح الجلد والقوات الموجهة بالتوازي. سواء من خلال الاهتزاز أو الضغط على الضغط ، فإن القوى الموجهة رأسياً إلى الجلد كانت محور التركيز الرئيسي للتصاميم الباهتة ، وفقًا لروجرز. لكن هذه لا تشارك بالكامل العديد من المستقبلات المضمنة في بشرتنا.

يهدف الباحثون إلى بناء مشغل يوفر حرية الحركة الكاملة ، والذي حققوه مع “الفيزياء القديمة للغاية” ، كما يقول روجرز – أي ، ، الكهرومغناطيسية. يتكون التصميم الأساسي للجهاز من ثلاث ملفات نحاسية متداخلة ومغناطيس صغير. يولد تشغيل التيار من خلال الملفات مجالًا مغناطيسيًا يحرك المغناطيس ، والذي يوفر القوة إلى الجلد.

“ما وضعناه معًا هو تجسيد هندسي [of the physics] يقول روجرز: “يوفر ذلك نظامًا مضغوطًا للغاية لتسليم القوة ويوفر قابلية للبرمجة الكاملة في الاتجاه والسعة والخصائص الزمنية”. من أجل إعداد أكثر تفصيلاً ، قام الباحثون أيضًا بتطوير نسخة تستخدم مجموعة من أربعة مغناطيسات مع توجهات مختلفة من الأعمدة الشمالية والجنوبية. وهذا يخلق أحاسيس أكثر تعقيدًا من التقرش والتمدد واللف.

Haptics في أطراف أصابعك – أو في أي مكان

نظرًا لأن أصابعها حساسة للغاية ، هناك حاجة فقط إلى قوى صغيرة لهذا التطبيق. جون أ. روجرز/جامعة نورث وسترن

على الرغم من أن الكثير من الأعمال السابقة في Haptics ركزت على أطراف الأصابع والأيدي ، إلا أنه يمكن وضع هذه الأجهزة في مكان آخر على الجسم ، بما في ذلك الظهر أو الصدر أو الذراعين. ومع ذلك ، قد يكون لهذه التطبيقات متطلبات مختلفة. بالمقارنة مع أماكن مثل الظهر ، فإن أطراف الأصابع حساسة للغاية – من حيث القوة اللازمة والكثافة المكانية للمستقبلات.

يقول روجرز: “ربما تكون أطراف الأصابع هي الأكثر تحديا من حيث الكثافة ، لكنها أسهل من حيث القوى التي تحتاج إلى تقديمها”. في حالات الاستخدام الأخرى ، قد يمثل تقديم ما يكفي من القوة تحديًا ، كما يعترف.

يقول القوة الممكنة أيضًا بحجم الملفات ، كما يقول غريغوري جيرلينج، أستاذ هندسة النظم في جامعة فرجينيا والرئيس السابق للجنة الفنية IEEE حول Haptics. يحدد حجم الملف مقدار القوة التي يمكنك توليدها ، وفي مرحلة معينة ، لن يكون الجهاز يمكن ارتداؤه. ومع ذلك ، فهو يعتقد أنه يكفي لتطبيقات VR.

يجد Gerling ، وهو عضو كبير في IEEE ، استخدام المغناطيسية في اتجاهات متعددة مثيرة للاهتمام. بالمقارنة مع الأساليب الأخرى التي تستند إلى هيدروليكيات أو ضغط الهواء ، لا يتطلب هذا النظام سوائل ضخ أو غازات. يقول جيرلينج: “يمكنك أن تكون نوعًا ما غير مرتبط”. “بشكل عام ، إنه جهاز جديد مثير للاهتمام ، وربما يأخذ الحقل في اتجاه جديد قليلاً.”

التطبيقات في الواقع الافتراضي ، الاعتلال العصبي ، والمزيد

يقول روجرز إن أوضح تطبيق للجهاز ربما يكون في الواقع الظاهري أو المعزز. هذه البيئات لديها الآن مدخلات صوتية وفيديو متطورة للغاية ، “لكن المكون اللمسي لتلك التجربة لا يزال عملًا مستمرًا” ، كما يقول.

ومع ذلك ، يركز مختبرهم بشكل أساسي على التطبيقات الطبية ، بما في ذلك الاستبدال الحسي للمرضى الذين فقدوا الإحساس في جزء من الجسم. يمكن لواجهة haptics المعقدة إعادة إنتاج الإحساس في جزء آخر من الجسم.

على سبيل المثال ، فإن تلف الأعصاب لدى الأشخاص المصابين بالاعتلال العصبي السكري يجعل من الصعب عليهم المشي دون النظر إلى أقدامهم. يقوم المختبر بتجربة وضع مجموعة من أجهزة استشعار الضغط في قاعدة أحذية هؤلاء المرضى ، ثم إعادة إنتاج نمط الضغط باستخدام صفيف haptic مثبت على فخذيهم العلوي ، حيث لا يزال لديهم إحساس. الباحثون يعملون مع منشأة لإعادة التأهيل في شيكاغو لاختبار النهج ، وخاصة مع هذا السكان.

يقول روجرز إن الاستمرار في تطوير هذه التطبيقات الطبية سيكون بمثابة محرك للأمام. فيما يتعلق بالهندسة ، يود أن يزيد من تصغير المشغلات لجعل صفائف كثيفة ممكنة في مناطق الجسم مثل أطراف الأصابع.

الشعور بالموسيقى

بالإضافة إلى ذلك ، استكشف الباحثون إمكانية استخدام الجهاز لزيادة المشاركة في العروض الموسيقية. بصرف النظر عن الشعور بالاهتزازات في خط الجهير ، عادة ما تعتمد العروض على الأفق والصوت. يمكن أن تؤدي إضافة عنصر عن طريق اللمس إلى تجربة أكثر غامرة ، أو مساعدة الأشخاص الذين يعانون من ضعف السمع في التعامل مع الموسيقى.

مع التقنية الحالية ، يمكن للمشغلات الاهتزازية الأساسية تغيير تواتر الاهتزاز لمطابقة الملاحظات التي يتم تشغيلها. في حين أن هذا يمكن أن ينقل لحنًا بسيطًا ، إلا أنه يفتقر إلى ثراء الأدوات المختلفة والمكونات الموسيقية.

يمكن لمشغل حرية الحركة الكامل للباحثين أن ينقلوا صوتًا أكثر حيوية. على سبيل المثال ، يمكن تحويل الصوت والغيتار والطبول إلى آلية توصيل قوة معينة. كما هو الحال مع الاهتزاز وحده ، يمكن تعديل تواتر كل قوة لتتناسب مع الموسيقى. يقول روجرز إن التجربة كانت استكشافية ، لكنها تستغل القدرات المتقدمة للنظام.