اللمس بدقة بشرية: مستقبل اللمس في الواقع الافتراضي

كشف فريق من مهندسي جامعة نورث وسترن عن أول جهاز لمسي قابل للارتداء في العالم يستطيع محاكاة اللمسة البشرية. ويمكن لجهاز VoxeLite نقل أدق تفاصيل الأسطح إلى أطراف الأصابع، ما يفتح الباب أمام جيل جديد من تجارب الواقع الافتراضي والتحكم بالروبوتات وغير ذلك الكثير. إليك ما ينبغي معرفته.

لماذا يتأخر اللمس في الواجهات الرقمية

على مدى نصف القرن الماضي، حسّن العلماء تدريجيًا قدرة الآلات على مجاراة حواس الإنسان. فعلى سبيل المثال، حدّت معدلات الإطارات المنخفضة من جودة الفيديو في بداياته، مثلما احتاجت أنظمة الصوت إلى تطوير عتادها كي تقترب من قدرات السمع البشري.

مع دخول العصر الرقمي، أصبح من الممكن بلوغ الدقة الزمنية لحواس الإنسان بل وتجاوزها. وقد ولّى زمن الشاشات الرقمية ذات البكسلات الواضحة، إذ تستطيع خيارات الدقة العالية اليوم تقديم صور واقعية مع أصوات تضاهيها في الواقعية.

بينما حظيت حاستا البصر والسمع باهتمام كبير، تأخرت الحواس الأخرى في مسيرة الرقمنة. إلا أن التطورات الحديثة فتحت المجال لتجارب افتراضية يمكن فيها أيضًا التذوق والشم. وينطبق الأمر نفسه على اللمس الذي تأخر دمجه رقميًا.

تطور أنظمة اللمس اللمسي

في حين وصلت دقة الشاشات إلى وضوح يفوق قدرات البشر، ظل دمج تقنيات اللمس راكدًا. وقد ظهرت فكرة استخدام اللمس للتواصل بين الإنسان والآلة في مجال الطيران خلال الحرب العالمية الثانية، عندما أضاف مهندسو القوات الجوية تغذية راجعة لمسية إلى عصي قيادة الطائرات ضمن أنظمة التحذير من الانهيار الهوائي.

خلال ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، تطورت التقنية تدريجيًا مع استكشاف طرق استخدامها لنقل رسائل أكثر تعقيدًا. وأدت هذه المرحلة إلى ابتكار أنظمة هاتف لمسية مخصصة لذوي الإعاقة البصرية.

بحلول ثمانينيات القرن الماضي، بدأ مطورو ألعاب الفيديو تجاربهم على التغذية الراجعة اللمسية. فظهرت في صالات الألعاب عجلات قيادة تهتز على الطرق الوعرة وأسلحة ترتج عند إطلاق النار. وقادت هذه التطبيقات لاحقًا إلى أجهزة لمسية متنوعة تمنح اللاعبين إحساسًا أكبر بالاندماج.

لماذا ردود اللمس الحالية غير كافية

اعتمدت هذه الأنظمة جميعها على اهتزاز بسيط لنقل المعلومات. لكن اللمس حاسة معقدة تستطيع إيصال قدر كبير من البيانات عند الاستفادة الصحيحة من حساسية الإنسان. وللأسف، ما زالت غالبية أنظمة التغذية الراجعة اللمسية الحالية تعتمد على محرك اهتزاز لتنبيه المستخدم.

تخيل أن هاتفك يستطيع فعل أكثر من مجرد الاهتزاز لإبلاغك بوصول رسالة. ماذا لو تمكن من نقل مضمونها إليك مباشرة عبر اللمس؟ بفضل باحثين يفكرون بطرق غير تقليدية، قد تتحول هذه الفكرة وغيرها إلى واقع.

المشكلات التي تعيق تقدم اللمس اللمسي

هناك أسباب كثيرة تمنعك من الشعور بحرارة انفجار في لعبة واقع افتراضي أو تحسس آثار الضرر على درعك. ومن أهمها ارتفاع تكلفة تحقيق الدقة البشرية، أي مجاراة القدرات المكانية والزمنية لأصابع الإنسان. فهذه الأحاسيس فورية وتستطيع التقاط تفاصيل دقيقة من لمسة خفيفة.

حتى الآن، كانت هذه الأجهزة كبيرة ومعقدة، ما جعل استخدامها غير عملي. إلا أن التطورات الجديدة قد تفتح المجال لتجربة حوسبة أكثر اعتمادًا على اللمس مستقبلًا.

دراسة اللمس بدقة بشرية

تسلط دراسة نحو اللمس بدقة بشرية: شاشة لمسية قابلة للارتداء عالية النطاق الترددي والكثافة¹، المنشورة هذا الأسبوع في مجلة Science Advances، الضوء على أول أنظمة لمسية قابلة للارتداء تستطيع منح المستخدم دقة بشرية.

VoxeLite

مستشعر VoxeLite اللمسي جهاز مريح للغاية صُمم لتقديم تجربة لمس رقمية حقيقية. فهو يوفر إحساسًا واقعيًا، ويبقى مريحًا عند ارتدائه ولا يعيق المهام الأخرى. يوضع الجهاز على أطراف الأصابع، ويبلغ سمكه 0.1 مليمتر فقط ووزنه 0.19 غرام.

المصدر – Science.org

العقد الكهرولاصقة: كيف تعمل

تعتمد التقنية على عقد مصممة خصيصًا تقع في الجزء الملامس لطرف الإصبع من النظام الشبيه بالضمادة. ويمكن تشبيهها بالبكسلات في الشاشة. فعند تنشيطها، تولّد هذه المشغلات الكهرولاصقة اللينة والقابلة للتحكم الفردي قوى موزعة عالية الدقة.

تتكون العقد من قطب داخلي وطبقة خارجية موصلة تعلوها قبة مطاطية لينة. ويجعلها هذا التصميم سريعة الاستجابة، فتضغط على الجلد بسرعات فائقة لتكوين أنماط دقيقة تطابق السطح الرقمي. وتدعم العقد 800 حركة في الثانية، ما يتيح تغذية راجعة فورية.

التحكم في العقد عبر الجهد والالتصاق الكهروستاتيكي

يشغّل المهندسون العقد ببروتوكول صُمم خصيصًا للمهمة. ويطبق البرنامج قوى كهروستاتيكية دقيقة تنتج الالتصاق الكهربائي. وتشبه هذه القوة ما يحدث عند فرك بالون بالشعر فينتصب، أو قدرة القراد على القفز لمسافات طويلة والالتصاق بفريسته.

تجعل هذه القوة الميكانيكية شديدة التركيز العقدة تمسك بالإصبع بزاوية وضغط محددين لمحاكاة سطح ما. وتستطيع البنية تقليد الأسطح الخشنة وزيادة الاحتكاك باستخدام جهد أعلى، أو إنشاء سطح زلق عند خفض الجهد.

كثافة العقد: مطابقة طرف إصبع الإنسان

كان الوصول إلى الكثافة المثالية عنصرًا أساسيًا في هذه التقنية. وقضى المهندسون وقتًا طويلًا لتحديد المسافة الدقيقة بين العقد، بحيث يميز الإصبع كل واحدة منها ويصبح من الممكن إعادة تكوين الأسطح رقميًا.

إذا وُضعت العقد متقاربة جدًا، تختلط تأثيراتها بالعقد المجاورة وتفقد الوضوح. أما إذا تباعدت أكثر من اللازم، فلن يستطيع النظام إعادة إنتاج التفاصيل الدقيقة.

استقر الفريق في النهاية على نطاق تصميم يتراوح بين 1 و1.6 مليمتر. وأتاحت هذه البنية إنشاء إحساس لمسي للأنسجة الدقيقة ونقل أحاسيس محددة بدقة عبر وضعي تشغيل الجهاز.

الوضع النشط

في الوضع النشط، يضبط VoxeLite زاوية العقد وضغطها باستمرار لمحاكاة التجربة المطلوبة. تخيل تمرير إصبعك على شاشة هاتفك والشعور بالصورة المعروضة. تستطيع هذه الأحاسيس الافتراضية إعادة إنتاج كامل نطاق ترددات اللمس البشري، ما يفتح الباب أمام ابتكارات تقنية كبيرة.

الوضع السلبي

يُستخدم الوضع السلبي عند تنفيذ مهام أخرى. يصمت الجهاز، وبفضل تصميمه فائق النحافة يستطيع المستخدم متابعة عمله كأنه لا يرتديه. وتشبه هذه الفكرة النظارات الطبية أكثر من نظارات الواقع الافتراضي التي قد تصبح مزعجة بعد دقائق قليلة.

اختبار اللمس بدقة بشرية

اختبر المهندسون نظريتهم باستخدام جهاز VoxeLite صُنع في المختبر بعقد متباعدة 1.6 مليمتر. وارتدى المشاركون الجهاز ونفذوا عدة مهام. وخلال الاختبارات، راقب الباحثون قدرة النظام على نقل الأسطح المادية والأنسجة الافتراضية باستخدام مستشعرات حيوية.

أثبتت النتائج نجاح الفريق. فقد نقل VoxeLite الأنسجة بدقة عند 800 هرتز، وحقق كثافة قدرها 110 عقد لكل سنتيمتر مربع. واستطاع إيصال ملمس الجلد والمخمل المضلع وقماش التيري للمستخدمين بدقة بلغت 81%.

فوائد اللمس بدقة بشرية

يقدم هذا النوع من الأنظمة اللمسية فوائد عديدة. فقد صُمم مع التركيز على الراحة، وكان قرار المهندسين تطوير جهاز مريح قابل للارتداء صائبًا. ويمكن للمستخدم ارتداؤه طوال الوقت وتفعيل الوضع النشط عند الحاجة فقط، كما أن خفته وراحته قد تشجعان مزيدًا من الناس على استخدامه.
اسحب للتمرير →

دقة فائقة عالية: فائدة رئيسية

تتمثل ميزة كبيرة أخرى في قدرات الدقة. فقد بدا تحقيق الدقة البشرية في جهاز مريح قابل للارتداء مستحيلًا لعقود، لكن النهج الجديد يلغي الحاجة إلى المحركات والمكونات الضخمة. وتوفر القوى الكهروستاتيكية بدلًا منها طريقة مثالية لتحريك العقد ومحاكاة اللمس.

تطبيقات اللمس بدقة بشرية في العالم الحقيقي والجدول الزمني:

للأجهزة فائقة النحافة والخفيفة والمرنة القابلة للارتداء استخدامات كثيرة عندما توفر تغذية راجعة لمسية دقيقة. فقد تساعد مثلًا في إرشاد ذوي الإعاقة البصرية. تخيل قفازًا يحذر مستخدمه عند الاقتراب من حافة أو خطر محتمل. وهناك تطبيقات أخرى واعدة لهذه التقنية.

الواقع الافتراضي من الجيل التالي: الشعور بالبيئة الافتراضية

قد تصبح أنظمة الواقع الافتراضي أكثر واقعية بكثير إذا أتيحت هذه التقنية للجمهور. تخيل تمرير إصبعك على بلورة في عالم لعبتك المفضلة والشعور بها فعلًا. ويمكن للتقنية أن تمزج أكثر بين العالمين الافتراضي والحقيقي لتنتج تجارب مدهشة.

تجارب افتراضية محسّنة

من السهل رؤية فائدتها للألعاب، لكن هذا التطور قد يترك أثرًا كبيرًا أيضًا في قطاعات رقمية أخرى مثل التجارة الإلكترونية. تخيل أن تستطيع تحسس ملمس قميص قبل وصوله إليك. هذا وغيره الكثير قد يصبح ممكنًا.

الروبوتات والتحكم عن بُعد

يُعد قطاع الروبوتات من أكثر المجالات استفادة من الدراسة. فعلى مدى عقود، تسابق المهندسون لصنع أيدٍ روبوتية تشعر مثل يد الإنسان. وبعد محاولات كثيرة، قد يتيح هذا النوع من التغذية الراجعة اللمسية للمشغّل الإحساس بما يشعر به الروبوت.

سيمكن ذلك من تمرير اللمسة البشرية عبر النظام وفتح المجال لمهام روبوتية عالية الدقة. وقد تشجع هذه الاستراتيجية مزيدًا من الجراحات بمساعدة الروبوت، إذ يحصل الجرّاح على معلومات إضافية عن طريق اللمس.

الجدول الزمني لللمس بدقة بشرية

قد تستغرق التقنية خمسًا إلى سبع سنوات أخرى قبل وصولها إلى الجمهور. إلا أن الطلب عليها قوي في مجالات عدة، وخصوصًا الطب. لذلك قد تُدمج أولًا في أنظمة الجراحة الروبوتية قبل أن تصل إلى اللاعبين والمتسوقين.

باحثو اللمس بدقة بشرية

قادت جامعة نورث وسترن دراسة التغذية الراجعة اللمسية بدقة بشرية. وتذكر الورقة المهندسين Sylvia Tan وMichael A. Peshkhin وRoberta L. Klatzky وJ. Edward Colgate بوصفهم مساهمين.

عمل Colgate وPeshkin سابقًا على نظام يستخدم الالتصاق الكهربائي لتعديل الاحتكاك بين طرف الإصبع وشاشة اللمس. ويُعد العمل الجديد امتدادًا لذلك البحث، إذ يجعل الفكرة قابلة للارتداء وأكثر دقة.

مستقبل اللمس بدقة بشرية

يعتقد المهندسون أن عملهم سيجعل أجهزة VoxeLite شائعة. ويتصورون عالمًا يرتدي فيه المستخدمون الأجهزة طوال اليوم مثل سماعات البلوتوث أو النظارات، ثم يستخدمونها عند الحاجة للتفاعل مع الشاشات الذكية والأجهزة الأخرى.

الاستثمار في ابتكار الواقع الافتراضي

تواصل شركات عدة في قطاع الواقع الافتراضي دفع التقنية إلى الأمام. وتهدف إلى تحسين تجربة الواقع الافتراضي عبر أساليب جديدة للمدخلات الحسية. وفيما يلي شركة تواصل ريادة الابتكار في هذا المجال مع الحفاظ على ممارسات تجارية قوية.

Unity Software Inc (U)

تأسست Unity Software (U ) عام 2004 كمطور لألعاب الفيديو، قبل أن تحول استراتيجيتها إلى محركات الألعاب. وأدرك المؤسسون David Helgason وNicholas Francis وJoachim Ante قيمة تبسيط تطوير العوالم الافتراضية ثلاثية الأبعاد.

ساعد هذا القرار الشركة على أن تصبح مزودًا رائدًا لمحركات الألعاب. وتشغّل منصتها اليوم عمليات المحاكاة والأفلام وتجارب الواقع الافتراضي وتصميمات الطيران والفضاء وغيرها. وينبغي لمن يريد التعرض لقطاع الواقع الافتراضي إجراء مزيد من البحث عن Unity Software ومنتجاتها.

أحدث أخبار وأسهم Unity Software Inc (U) وأداؤها

اللمس بدقة بشرية | الخلاصة

تمثل دراسة التغذية الراجعة اللمسية بدقة بشرية تحولًا كبيرًا وقفزة تقنية مهمة. وقد أثبتت استراتيجية المهندسين الفريدة المعتمدة على القوى الكهروستاتيكية أنها أفضل خيار حتى الآن. ومن شأن تطويرها وإتاحتها على نطاق واسع أن يفتح مستوى جديدًا من الانغماس الافتراضي للجميع.

تعرف على تطورات أخرى رائعة في الواقع الافتراضي هنا

المراجع

^{1. Tan, S., Peskhin, M. A., Klatzky, R. L., & Colgate, J. E. (2025). نحو اللمس بدقة بشرية: عرض لمسي قابل للارتداء عالي النطاق الترددي وعالي الكثافة. Science Advances. https://doi.org/adz5937}