هيدروهابتكس: أسطح ناعمة مع رد فعل قوة حقيقي

اللمس هو أحد أهم حواسنا، ويبدأ في التطور حتى قبل أن نولد. في الواقع هو الحاسة الأولى التي تتطور في علم الأجنة البشري.

كجزء أساسي من حياتنا، يحدث اللمس عندما تستشعر الخلايا العصبية المتخصصة المعلومات اللمسية من الجلد وتنقلها إلى الدماغ، حيث تُدرك كدرجة حرارة، ضغط، ألم، واهتزاز.

خلايانا العصبية الحسية متنوعة للغاية، حيث تُثبت نهاياتها في هياكل حسية مختلفة. تعمل هذه الخلايا بتناغم لاكتشاف العديد من خصائص اللمس المختلفة.

مع تزايد فهمنا للغة المعقدة لللمس، تزداد قدرتنا على إعادة إنشائه عبر التكنولوجيا. هنا يأتي مجال الهابتكس، وهو مجال ناشئ يترجم غنى الحاسة اللمسية للإنسان إلى تجارب رقمية وميكانيكية.

مستمد من الكلمة اليونانية ‘haptein’ التي تعني الاتصال أو اللمس، يشير الهابتكس إلى الإحساس والتعامل عبر اللمس. كما يتضمن استخدام التكنولوجيا لإنشاء إحساسات لمسية مثل الاهتزازات أو رد فعل القوة. تشمل الأمثلة وحدات التحكم في الألعاب، اهتزازات الهواتف الذكية، الجراحة الروبوتية، والواقع الافتراضي.

تطور تقنيات الهابتكس 

اسحب للتمرير →

منذ تقديمه قبل نصف قرن تقريبًا، تطور الهابتكس إلى مجال متطور حيث يمكن هندسة إحساسات مثل القوام، الحرارة، الضغط، وحتى النعومة في الأشياء اليومية. يعد هذا الجيل الجديد من الهابتكس بجلب التجارب الرقمية أقرب إلى التفاعل الفيزيائي الحقيقي.

يعكس النطاق المتنوع لتقنيات الهابتكس التي تشكل واجهات اليوم مدى التقدم السريع للتكنولوجيا.

تستخدم الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء ردود فعل اهتزازية لتوليد الاهتزازات، بينما يخلق الهابتكس الكهروستاتيكي في شاشات اللمس ولوحات التتبع وهمًا للقوام أو الاحتكاك على شاشة ناعمة في الأصل. يحاكي الهابتكس الحراري تغيرات الحرارة لإضفاء مزيد من الواقعية على التفاعلات الافتراضية.

يضيف رد فعل القوة إحساسًا بالضغط أو الحركة لجعل التفاعلات تبدو أكثر واقعية. المشغلات والمواتير الهابتكسية هي ما يجعلك تشعر بالمقاومة على وحدة تحكم الألعاب أو جهاز الواقع الافتراضي.

بعيدًا عن ذلك، تمكّن المواد الذكية الناشئة مثل البوليمرات الكهرونشطة والمغناطيسية الرئوية، التي تغير شكلها أو صلابتها عند تعرضها لمجالات كهربائية أو مغناطيسية، من توفير ردود فعل هابتكسية مرنة.

ثم هناك الهابتكس البيزوإلكتروني لتوفير ردود فعل دقيقة ومحددة باستخدام الجهد. القوى الجانبية الصغيرة تطبق قوى جانبية صغيرة على الجلد، بينما يستخدم الهابتكس الميكروسيليكي قنوات سائلة دقيقة لمحاكاة إحساسات اللمس.

تقنية أخرى في هذا المجال المتنامي هي الهابتكس الهوائي والهيدروليكي، التي تُستخدم لمحاكاة قوة الإمساك أو الوزن أو الصدمة عبر الاستفادة من ضغط الهواء أو السائل.

من بين هذه التقنيات، حظي الهابتكس الهيدروليكي باهتمام كبير من الباحثين باعتباره تقنية هابتكس عالية الدقة. هذه التقنية الناشئة، في النهاية، توفر إحساسات قوية وواقعية تتجاوز قدرات الهابتكس القائم على الاهتزازات القديمة.

يسمح استخدام السوائل هنا بإنشاء رد فعل قوة قوي، دقيق، وديناميكي للغاية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأنظمة الهابتكس الهيدروليكي توفير إحساسات حرارية سريعة وواقعية عبر تدوير الماء بسرعة بدرجات حرارة مختلفة. علاوة على ذلك، يمكن دمج الأنظمة الهيدروليكية والهوائية في أجهزة ناعمة ومرنة، مما يتيح هابتكس قابل للارتداء أكثر طبيعية يقلل من إجهاد المستخدم ويحافظ على البراعة.

نظرًا لأن أجهزة الهابتكس الحالية غالبًا ما تكون ضخمة وصلبة، مما يجعلها غير مناسبة للتفاعل الشامل، عالج الباحثون هذه العوائق من خلال تطوير مضخات ومشغلات هيدروليكية مصغرة، مما يتيح إنشاء أجهزة قابلة للارتداء صغيرة أكثر عملية للاستخدام اليومي.

على سبيل المثال، قبل عدة سنوات، تعاون باحثون من Autodesk Research، جامعة مانيتوبا، وجامعة تورنتو لإنشاء HydroRing، جهاز يُرتدى على الإصبع لتوفير إحساسات لمسية للحرارة، الاهتزاز، والضغط لتمكين تفاعلات هابتكس مختلطة الواقع.

عند تشغيله، يوفر هذا الجهاز القابل للارتداء إحساسات بمساعدة سائل يمر عبر أنبوب رفيع ومرن يُرتدى عبر لوحة الإصبع. في الوضع السلبي، يكون له تأثير ضئيل على براعة المستخدم وإدراكه للمحفزات.

مؤخرًا، قدم باحثون من جورجيا تك حلقة هابتكس ناعمة، تجمع بين التحريك الهوائي والهيدروليكي لتقليد النعومة، الخشونة، والحرارة على الفالانق القريب. صُنعت هذه الحلقة من سيليكون EcoFlex 00-30 لتطابق الخصائص الميكانيكية لبشرة الإنسان، مما يتيح للمرتدين استخدام أطراف أصابعهم لاستكشاف محيطهم.

تصميمها يتيح توصيل الاهتزاز عبر الانتفاخ الهوائي، والإحساسات الحرارية عبر تدفق الماء في دائرة هيدروليكية، والضغط في الوقت نفسه.

بعد تقييم فعالية الحلقة وتقنيات العرض، أجرى الباحثون دراسة مستخدمين شملت 15 مشاركًا. وجدوا معدل دقة يصل إلى 90٪ في قدرة المشاركين على مطابقة القوام الافتراضي مع الحقيقي. كما تشير تقييمات الصفات المتعددة الأبعاد إلى أن الجهاز نقل إحساسات لمسية متميزة عبر الأنماط بنجاح.

قبل بضع سنوات، دفع باحثون من جامعة كارنيجي ميلون التقنية إلى الأمام من خلال تطوير هابتكس هيدروليكي رقيق بما يكفي، بسمك 5 مم فقط، لتضمينه في شاشة OLED للسماح بإحساس الإشعارات على شاشة اللمس.

يمكن لتقنية العرض الجديدة أن تتيح للمستخدمين طريقة أكثر انغماسًا وتفاعلية للتعامل مع الإشعارات، الضغط على الأزرار، والكتابة على لوحة المفاتيح. وفقًا للباحثين، يمكن للتقنية النموذجية أن تسمح بمزيد من الواجهات الديناميكية على أجهزة أخرى مثل مشغلات الموسيقى، الألعاب، المركبات الكهربائية، وأكثر.

الآن، طور باحثون في جامعة باث تقنية جديدة استجابية تسمى HydroHaptics تستجيب حتى للضغطات والضغط.

لماذا يتفوق الهابتكس الهيدروليكي على الهوائي (شرح HydroHaptics)

توفر الواجهات الناعمة والمرنة إمكانات تفاعل فريدة لكنها تعاني من رد فعل قوة محدود. هنا، لا تكون الأساليب الهوائية مناسبة لأنها تفتقر إلى الاستجابة والدقة بينما حلول الميكروهيدروليك لديها مدخلات محدودة.

لذلك، تُعد الأنظمة الهيدروليكية الخيار المثالي. تستخدم الأنظمة الهيدروليكية السائل كسائل عمل، على عكس الأساليب الهوائية التي تستخدم الهواء، حيث يحد قابلية ضغطه من سرعة ودقة القوة وإزاحة الناتج. يتيح السائل دقة أكبر وكذلك إخراجًا أكثر استجابة.

تستخدم النماذج الهيدروليكية التفاعلية الحالية بشكل أساسي الميكروهيدروليك، الذي يمكن أن يوفر تحكمًا متزايدًا لكنه يواجه قيودًا في الحجم، مما يحد الواجهة إلى أزرار صغيرة، وبالتالي يؤثر على مرونة الإدخال وتنوع الشكل.

عند تصميم أنظمة هيدروليكية تفاعلية، يجب أيضًا التعامل مع التسرب، محدودية القدرة على القيادة العكسية، والحاجة إلى مكونات متخصصة، مما يجعل تحقيقها أصعب.

لذلك، أنشأ الباحثون HydroHaptics، نظامًا جديدًا يتيح رد فعل قوة عالي الدقة على الواجهات القابلة للتشوه عبر النقل الهيدروستاتي. يمكن لهذه المنصة تحسين جودة رد فعل القوة على الواجهات الناعمة، مع الحفاظ على الخصائص التي تمكّن تجارب مستخدم غنية مثل المرونة، النعومة، وحرية الإدخال.

تأتي هذه التقنية مع عدة مزايا. أولاً، يتم تشغيلها بواسطة محرك DC بدون فرش ولا تحتاج إلى مضخات أو صمامات أو منظمات. من خلال الاستفادة من توفر المحرك المدمج، وتكلفته المعقولة، وخيارات التحكم، يستطيع الباحثون إنشاء تأثيرات رد فعل قوة على HydroHaptics.

تم تصميمها بمكونات أقل لتكون قابلة للتوسيع، مما يقلل من تعرض النظام للتسرب ويجعله قابلًا للتكيف مع واجهات أكبر. معظم المكونات المستخدمة في النظام هي إما قطع جاهزة أو مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد.

علاوة على ذلك، فإن HydroHaptics ذاتية الاتجاه ثنائيًا لتمكين كل من استشعار تفاعلات إدخال القوة وتقديم رد فعل القوة. وهذا يعني أن التقنية الجديدة تمكّن التواصل ثنائي الاتجاه بين الشخص والشيء الذي يحمله أو يرتديه.

معًا، توفر كل هذه الفوائد فرصًا فريدة لاستكشاف تفاعلات هابتكس على الواجهات الناعمة وتطوير أجهزة قابلة للتشوه مبتكرة.

الآن، HydroHaptics هو نظام مفتوح المصدر يحتوي على خلية هيدروليكية محكمة، تحتوي على كمية ثابتة من السائل غير القابل للضغط وتربط هيدروليكيًا السطحين المرنين للخلية. يتيح ذلك نقل القوة ثنائي الاتجاه بينهما.

يعمل المشغل الميكانيكي الخطي كمحرك هابتكس، يمكنه توفير رد فعل قوة عن طريق إزاحة السائل، ونقل القوة إلى الواجهة القابلة للتشوه. للسماح للواجهة بالتشوه، يتحرك نفس المحرك استجابةً للقوة المطبقة على الواجهة القابلة للتشوه مع الحفاظ على الضغط داخل الخلية الهيدروليكية، والذي يمكن ضبطه لتوليد مستويات صلابة مختلفة.

باستخدام هذا النهج، يمكن للمستخدمين الشعور بالاهتزازات، النقرات الحادة، ومقاومة متغيرة بينما تحافظ السطح على نعومته ومرونته الطبيعية، بغض النظر عن كيفية الضغط أو القرص أو الالتواء، “شيء لم يكن ممكنًا حتى الآن”، قال جيمس ناش، قائد مشارك في الدراسة وطالب دكتوراه في علوم الحاسوب بجامعة باث.

لذلك، يمكن للفرد أن يقرص، يضغط، أو يلف كائنًا مثل فأرة حاسوب مرنة، قطعة ملابس، أو وسادة، وسيستجيب ذلك الكائن بطريقة معبرة ومفهومة، على سبيل المثال، عن طريق خفض الإضاءة، النحت على الشاشة، أو تغيير قناة التلفاز.

يمكن أيضًا استشعار إدخال المستخدم من خلال مراقبة الضغط الداخلي.

“يستشعر النظام إدخال المستخدم عبر الكائن، ثم يشعر المستخدم برد فعل الهابتكس للنظام عبر السطح القابل للتشوه.”

– الأستاذ جيسون ألكسندر، قائد الدراسة، من قسم علوم الحاسوب بجامعة باث.

بهذه الطريقة، يتيح HydroHaptics تجارب هابتكس متميزة على الواجهات الناعمة والقابلة للتشوه، والتي لا يمكن تحقيقها حاليًا عبر الأساليب الحالية.

مع HydroHaptics، يفتح الباحثون أبواب فرص مثيرة للتفاعلات القائمة على اللمس مع العناصر العادية. يمكن لهذه التقنية أن تفيد بشكل كبير الألعاب، التكنولوجيا القابلة للارتداء، محاكاة طبية، تصميم منتجات، ومجالات أخرى.

الموجة التالية للتفاعل بين الإنسان والحاسوب

قدمت فريق العلماء الحاسوبيين من باث دراستهم حول HydroHaptics في ندوة ACM لبرمجيات واجهة المستخدم والتقنية (UIST ’25) قبل بضعة أسابيع، حيث حصلت الورقة على جائزة الإشارة المشرفة.

في شكله الحالي، النظام على شكل أسطوانة، في أعلىها قبة قابلة للتشوه مصنوعة من السيليكون، مما يجعل السطح العلوي المكشوف للخلية، حيث أن أسفلها محكم أيضًا بغشاء سيليكون مرن. أسفل الخلية مباشرة يوجد مستشعر ضغط وحامل برغي، يُشغل بواسطة محرك DC.

عندما يتفاعل المستخدم مع القبة، مثل الضغط أو العصر، يقوم بإزاحة الماء، مما يجعله يضغط على الغشاء السفلي ويمده. يكتشف المستشعر الزيادة الناتجة في الضغط ويربطها بالإيماءة والأمر المقابلين.

لتوفير رد فعل لمسي، يستخدم الجهاز المحرك لضغط الخلية من الأسفل، مما يدفع القبة للأعلى ضد إصبع المستخدم، وبالتالي يخلق إحساسًا باهتزاز متذبذب، نقرة مميزة، أو زر ضغط مشدود.

لإظهار قدرة HydroHaptics على تعزيز التفاعل عبر رد فعل قوة دقيقة الحبة، دمج الفريق التقنية في أربعة تطبيقات يومية.

فأرة حاسوب قابلة للتشوه ومزودة بقوة، مع قبة سيليكون ناعمة تسمح للمستخدمين بنحت كائنات رقمية على الشاشة عبر الضغط وتشويه سطح الفأرة.

وسادة تفاعلية صغيرة توفر رد فعل هابتكس مع الحفاظ على نعومتها. تم وضع حقيبة HydroHaptic داخل الوسادة للتحكم في الأجهزة الذكية عند الضغط أو العصر.

حقيبة ظهر توفر رد فعل قوة على الجسم عبر الأشرطة. قدمت إشعارات الهاتف الذكي عبر نقرات وضغطات على الكتف، والتي يمكن أيضًا استخدامها للملاحة.

عصا تحكم ثلاثية الأبعاد مزودة بقوة محسّنة تم تحسينها بتقنية HydroHaptic لتعزيز انغماس ألعاب الفيديو. تم تقديم رد فعل هابتكس للاعبين أثناء اللعب لمحاكاة التوتر، المقاومة، أو الصدمة الحادة.

تظهر هذه التطبيقات دمج رد فعل هابتكس عالي الجودة في واجهات وأشياء ناعمة ومرنة للمرة الأولى. ويرى الفريق إمكانات كبيرة لتقنيتهم عبر مجموعة واسعة من الأجهزة التفاعلية.

“تظهر تجاربنا أن هذا نظام موثوق يسمح للإنسان بالتفاعل مع الأشياء الناعمة بطريقة ذات معنى ستعزز طريقة عيشنا وعملنا.”

– الأستاذ جيسون ألكسندر

لتوضيح إمكانات HydroHaptics، قدم مثالًا لمستخدم يشعر بتأثيرات مادية في الوسادة التي يجلس عليها، تعكس ما يحدث على التلفاز أمامه. على سبيل المثال، الاهتزاز في الوسادة عندما تقود سيارة على طريق وعرة على التلفاز، أو صلابة الوسادة عندما يصطدم شخص بجدار صلب. مثال آخر هو مرتدي حقيبة الظهر، الذي لا يحتاج إلى هاتفه للملاحة حيث توجهه الأشرطة عبر ضغطات لطيفة على الكتف.

“هذه مجرد اثنتين من العديد من الطرق التي يمكن من خلالها دمج هذه التقنية في حياتنا في المستقبل القريب.”

– ألكسندر 

لتقييم أداء تقنيتهم، أجرى الفريق سلسلة من التقييمات التقنية باستخدام ذراع روبوت عالي الدقة وأجرى دراسة مستخدمين. خلال الدراسة، أظهر الفريق قدرة HydroHaptics على إنشاء تأثيرات هابتكس متميزة بدقة تحديد متوسطها 82.6٪ عبر جميع التأثيرات و 92.8٪ على أكثر تأثير مميز.

بينما تعمل فرق بحثية أخرى أيضًا على واجهات ناعمة وقابلة للتشوه، وقد أنتجت نماذج أولية تُظهر إحساسات موضعية عالية أو مستويات مختلفة من رد فعل منخفض الدقة، إلا أنها لم تصل إلى مستوى HydroHaptics من النطاق، الدقة، والوضوح.

يعتقد الفريق أن منتجات HydroHaptics يمكن أن تكون جاهزة للسوق قريبًا، إذا كان الاهتمام بتقنيتهم دليلًا على ذلك. “مع وجود موارد كافية، لن يكون من غير الواقعي أن تكون هذه التقنية في منتج خلال سنة أو سنتين”، قال الأستاذ ألكسندر.

لكن بالطبع، يحتاج الفريق أولاً إلى تحسين محرك الهابتكس لتقليل حجمه وجعله مناسبًا للتطبيقات التجارية.

النظام ليس خاليًا من القيود التقنية أيضًا. كما أشار البحث، يمكن أن يتجمع الهواء داخل الخلية الهيدروليكية أو يتسرب إلى النظام مع مرور الوقت، مما قد يقلل من أدائه. بالإضافة إلى ذلك، يخلق الضغط العالي الحاجة إلى طاقة كبيرة، مما قد يؤدي إلى مشاكل حرارية.

فيما يتعلق بمحرك الهابتكس، يعتمد نهج الفريق على كونه صلبًا، وعلى الرغم من إمكانية فصله عبر أنبوب مرن، يجب أن يبقى متصلًا بالواجهة، وهو ما قد لا يكون دائمًا ممكنًا للواجهات القابلة للتشوه بالكامل. أشار البحث إلى:

“يمثل HydroHaptics خطوة هامة نحو الهدف طويل الأمد المتمثل في تحقيق أنظمة رد فعل قوة هابتكس قابلة للتشوه بالكامل، ويجب أن يهدف العمل المستقبلي إلى تقليل عدد وحجم المكونات الصلبة.”

الاستثمار في تقنية الهابتكس

Texas Instruments (TXN ) هي شركة رائدة في مجال أشباه الموصلات تطور شرائح معالجة تماثلية ومدمجة لأسواق مختلفة بما في ذلك الإلكترونيات الشخصية، السيارات، معدات الاتصالات، الصناعات، وأنظمة المؤسسات.

TI هي أيضًا لاعب رئيسي في صناعة الهابتكس، حيث توفر حلولًا متكاملة تشمل مشغلات هابتكس، وحدات تحكم شاشات اللمس، ومكتبات برمجية لتوليد ردود فعل لمسية في الإلكترونيات الاستهلاكية والمنتجات الصناعية.

Texas Instruments (TXN )

برأس مال سوقي قدره 160.5 مليار دولار، يتم تداول أسهم TXN حاليًا عند 176.93 دولار، بانخفاض 5.83٪ منذ بداية العام ولكن بارتفاع 26.4٪ منذ أدنى مستوى في أبريل. سجلت أسهم TXN أعلى مستوى تاريخي (ATH) عند 221.69 دولار في يوليو.

تمتلك Texas Instruments ربحًا للسهم (EPS) (TTM) قدره 5.28 ومضاعف سعر إلى ربح (P/E) (TTM) يبلغ 33.46. تُقدم للمساهمين عائد توزيعات قدره 3.22٪. في 16 أكتوبر، أعلنت TI عن توزيعات نقدية ربع سنوية بقيمة 1.42 دولار لكل سهم عادي. تم رفع التوزيعة بنسبة 4٪ الشهر الماضي، مسجلة 22 سنة متتالية من الزيادات.

النتائج الأخيرة (الربع الثاني 2025): أبلغت Texas Instruments عن إيرادات قدرها 4.45 مليار دولار (+16٪ على أساس سنوي، +9٪ على أساس ربع سنوي)، وصافي دخل حوالي 1.30 مليار دولار، وربح للسهم 1.41 دولار. هدفت الإدارة إيرادات الربع الثالث إلى 4.45–4.80 مليار دولار. كان التدفق النقدي الحر (TTM) حوالي 1.8 مليار دولار في تقرير الربع الثاني 2025.

الخلاصة

مع توسع عالم الهابتكس ونموه، يمثل HydroHaptics تحولًا جذريًا في طريقة تلامسنا للتكنولوجيا وتلامسنا من قبلها. من خلال دمج الواجهات الناعمة والقابلة للتشوه مع رد فعل قوة دقيق، تفتح التقنية بابًا لتفاعلات أغنى وأكثر طبيعية مع أجهزتنا وبيئاتنا.

من الترفيه الغامر إلى التدريب الطبي والمنازل الذكية، يمكن لهذه التقنية أن تعيد تعريف طريقة تواصل البشر والآلات.

المراجع:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing: Supporting mixed reality haptics using liquid flow. In Proceedings of the 31st Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’18) (pp. 913–925). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A., & Vardar, Y. (2025). Generating multimodal textures with a soft hydro-pneumatic haptic ring. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., & Harrison, C. (2023). Flat Panel Haptics: Embedded electroosmotic pumps for scalable shape displays. In Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (Article 745). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3544548.3581547
4. Nash, J. D., Sauvé, K., van Riet, C. M., van Oosterhout, A., Sharma, A., Clarke, C., & Alexander, J. (2025). HydroHaptics: High-Fidelity Force-Feedback on Soft Deformable Interfaces using Hydrostatic Transmission. In A. Bianchi, E. Glassman, W. E. Mackay, S. Zhao, J. Kim, & I. Oakley (Eds.), Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) (Article No. 59). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679