האפטיקה ברזולוציה אנושית: עתיד המגע של מציאות מדומה

צוות מהנדסים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן חשף זה עתה את המכשיר הלביש הראשון בעולם המסוגל לחקות מגע אנושי. המכשיר, ששמו VoxeLite, יכול לספק את הפרטים הקטנים ביותר במשטחים לקצות אצבעותיך, ולפתוח את הדלת לחוויה מהדור הבא של מציאות מדומה, בקרת רובוטיקה ועוד. הנה מה שאתם צריכים לדעת.

מדוע השהיית מגע בממשקים דיגיטליים

במהלך חצי המאה האחרונה, מדענים הצליחו בהדרגה להגביר את יכולתן של מכונות להתאים את עצמן לחושים. לדוגמה, קצב פריימים נמוך פגע באיכות הווידאו המוקדמת, באותו אופן שבו מערכות שמע היו צריכות לשפר את החומרה שלהן כדי להתאים אי פעם לאוזניים שלכם.

עם כניסתו של העידן הדיגיטלי, הפך הדבר לאפשרי לעמוד ברזולוציית הזמן של החושים ואף לעלות עליה. ימי המסכים הדיגיטליים המפוקסלים חלפו מזמן. אפשרויות ה-High-Definition של ימינו יכולות לספק איכות תמונה מציאותית עם צליל מציאותי תואם.

בעוד שעינינו ואוזנינו זכו לתשומת לב רבה, חושים אחרים איחרו להצטרף לדיגיטציה. עם זאת, התקדמויות אחרונות פתחו את הדלת לחוויות וירטואליות בהן ניתן... מפתחות ו ריח גם כן. אותו הדבר נכון לגבי מגע, אשר מפגר אחרון מבחינת שילובים דיגיטליים.

אבולוציה של מערכות האפטיקה

בעוד שרזולוציות המסך פגעו בבהירות על-אנושית, האינטגרציה ההפטית נותרה ללא שינוי. מעניין לציין, שהרעיון של שימוש במגע כדרך לתקשר בין מכונות לבני אדם עלה לראשונה לשוק בשמי מלחמת העולם השנייה. אז מהנדסי חיל האוויר הוסיפו משוב הפטי למוטות הטייס כחלק ממערכות התרעה מפני הזדקרות.

בשנות ה-60 וה-70 של המאה ה-20, הטכנולוגיה השתפרה בהדרגה כאשר אנשים החלו לחקור כיצד להשתמש במערכות אלו כדי להעביר מסרים מורכבים יותר. תקופה זו הובילה ליצירתן של מערכות טלפון חשופיות המיועדות לכבדי ראייה.

בשנות ה-1980, מפתחי משחקי וידאו החלו להתנסות במשוב מישושי. גיימרים של ארקייד פתאום פיתחו הגה שרטט כשהם נסעו על כבישים משובשים ואקדחים שרטטו בעת ירי. שילובים אלה הובילו בסופו של דבר למגוון מכשירים מישושיים שנועדו להעניק לגיימרים יותר חוויית שימוש.

מדוע משוב האפטי הנוכחי אינו מספיק

ראוי לציין שכל המערכות הללו הסתמכו על רטט פשוט כאמצעי להעברת מידע. עם זאת, מגע הוא חוש מורכב שיכול לספק מידע רב אם הוא מועבר באופן שמנצל את הרגישות האנושית. למרבה הצער, רוב מערכות המשוב ההאפטי הנמצאות בשימוש כיום עדיין מסתמכות על מנוע רוטט כדי להודיע ​​לאנשים.

דמיינו לעצמכם שהטלפון הסלולרי שלכם יכול לעשות יותר מאשר רק לתת לכם זמזום כדי ליידע אתכם שיש לכם הודעה. מה אם הוא יכול להעביר את המידע בהודעה הזו אליכם ישירות באמצעות מגע? הרעיון הזה ועוד הרבה יותר יכולים סוף סוף להפוך למציאות בזכות כמה הוגים מחוץ לקופסה.

בעיות המגבילות את ההתקדמות ההפטית

ישנן סיבות רבות לכך שאי אפשר להרגיש את החום מהפיצוץ הזה במשחק המציאות המדומה בשדה הקרב או להעביר את הידיים על השריון ולחוש את הקשתות שנגרמו כתוצאה מנזק. ראשית, השגת רזולוציה אנושית, היכולת להתאים את היכולות המרחביות והזמניות של אצבעות אנושיות, היא יקרה מאוד. ראשית, התחושות הללו מיידיות ויכולות לזהות במדויק פרטים עדינים ממעבר פשוט עליהם.

נכון להיום, מכשירים אלה גדולים ומורכבים, מה שהופך אותם לבלתי מציאותיים לשימוש כרגע. עם זאת, התקדמויות חדשות עשויות לפתוח את הדלת לחוויית מחשוב מעשית יותר בעתיד.

מחקר האפטיקה של רזולוציה אנושית

השמיים לקראת הפטיקה ברזולוציה אנושית: תצוגה טקטילית לבישה בעלת רוחב פס גבוה וצפיפות גבוהה ללמוד¹, שפורסם השבוע בכתב העת Science Advances, מדגיש את מערכות המגע הלבישות הראשונות המסוגלות לספק רזולוציה אנושית ללובשים.

ווקסלייט

חיישן ה-VoxeLite הפטיטי הוא מכשיר לביש נוח במיוחד שנועד להעניק לכם חוויית מגע דיגיטלית אמיתית. הוא מסוגל לספק ריאליזם תוך כדי שהוא נוח במיוחד ללבישה או לעקיפה למשימות אחרות. מכשיר זה יושב על קצות אצבעותיו של הלובש, עוביו 0.1 מילימטר ומשקלו 0.19 גרם בלבד.

מקור - Science.org

צמתים אלקטרודביקים: כיצד הם פועלים

בליבת הטכנולוגיה הזו נמצאים צמתים שנבנו במיוחד, הממוקמים על קצה האצבע של המערכת דמוית התחבושת. כדי להבין טוב יותר את הרעיון, ניתן לחשוב על צמתים אלה כפיקסלים על המסך. מפעילים אלקטרודביקים רכים אלה, הניתנים לטיפול אינדיבידואלי, יכולים לספק כוחות מבוזרים ברזולוציה גבוהה כאשר הם מופעלים.

ראוי לציין כי הצמתים נבנו באמצעות אלקטרודה פנימית ושכבה חיצונית מוליכה המכוסה בכיפת גומי רכה. עיצוב זה הופך אותם לרספונסיביים מאוד, ומאפשר להם ללחוץ על העור במהירויות גבוהות במיוחד כדי לספק דפוסים מדויקים הרלוונטיים למשטח שעבר דיגיטציה. ראוי לציין כי הצמתים תומכים ב-800 תנועות בשנייה, מה שמאפשר משוב מיידי.

שליטה בצמתים באמצעות מתח ואלקטרודהזיה

כדי להפעיל את הצמתים, המהנדסים משתמשים בפרוטוקול ייעודי שתוכנן במיוחד למשימה. תוכנית זו מפעילה כוחות אלקטרוסטטיים מדויקים המביאים להידבקות אלקטרואלקטרוסטטית. כוח זה דומה לאופן שבו שפשוף בלון על השיער יגרום לו להתרומם, או לאופן שבו קרציות יכולים לקפוץ למרחקים ארוכים כדי להיצמד לטרף שלהם.

כוח מכני מקומי מאוד זה גורם לצומת לאחוז באצבע בזווית ובלחץ מדויקים, ובכך לדמות משטח. מבנה זה מאפשר סימולציה של משטחים מחוספסים ומגביר את החיכוך על ידי הפעלת מתחים גבוהים יותר. הם יכולים גם להוריד מתחים וליצור משטח חלקלק.

צפיפות צמתים: התאמת קצה האצבע האנושי

בליבת הטכנולוגיה הזו היה הצורך להשיג את הצפיפות המושלמת. המהנדסים היו צריכים להשקיע זמן רב בחישוב המרחק המדויק למיקום כל צומת כדי להבטיח שהאצבע תוכל להבחין בהבדל בין כל אחד באופן שיאפשר שחזור דיגיטלי של משטחים.

אם היו ממקמים את הצמתים קרוב מדי זה לזה, הם יאבדו את יכולתם לבטא את פעולותיהם מבלי להשתלב עם הצמתים האחרים שלידם, מה שיאבד את הבהירות. כמו כן, אם הצמתים היו רחוקים מדי זה מזה, תאבדו את היכולת לשחזר פרטים עדינים.

בסופו של דבר, הצוות החליט על חלון עיצוב של 1 מ"מ עד 1.6 מ"מ. מבנה זה אפשר להם ליצור האפטיקה של מרקמים עדינים ולהעביר תחושות מגע ספציפיות במדויק על פני שני מצבי הפעולה של המכשיר.

מצב פעיל

במצב פעיל, ה-VoxeLite מתאים ללא הרף את זווית הצומת ואת הלחץ כדי לדמות את החוויה הנדרשת. דמיינו שאתם מעבירים את האצבע על מסך הטלפון החכם שלכם ומרגישים את התמונה שעל המסך. תחושות המישוש הווירטואליות הללו יכולות לשחזר את טווח התדרים המלא של מגע אנושי, ולפתוח את הדלת לחידושים טכנולוגיים עצומים בעתיד.

מצב פסיבי

מצב פסיבי משמש כאשר יש לכם משימות אחרות להשלים. המכשיר משתתק, ובזכות הפרופיל והעיצוב הדק במיוחד שלו, תוכלו לנהל את עסקיכם כרגיל, כאילו לא ענדתם אותו כלל. גישה זו דומה למשקפי מרשם בניגוד למשקפי מציאות מדומה, שהופכים לא נוחים לאחר מספר דקות בלבד.

מבחן הפטיקה של רזולוציית האדם

המהנדסים יצאו לבחון את התיאוריה שלהם באמצעות מערכת VoxeLite שנבנתה במעבדה עם צמתים במרווח של 1.6 מ"מ. בניסוי, המשתתפים ענדו את המכשיר וביצעו מספר משימות. במהלך הבדיקות, הם ניטרו את יכולתה של המערכת לתקשר בין משטחים פיזיים ומרקמים וירטואליים באמצעות מערכות חישה ביומטריות.

תוצאות הבדיקה הוכיחו שהצוות הצליח במיזם שלהם. באופן ספציפי, ה-VoxeLite הצליח לשתף טקסטורות במדויק בתדר של 800 הרץ. באופן מרשים, הוא ייצר צפיפות מפעילים של 110 צמתים לסנטימטר מרובע, מה שאפשר לו להעביר בהצלחה את המרקם של עור, קורדרוי ובד טרי בדיוק של 81% ללובשים.

יתרונות ההפטיקה של רזולוציה אנושית

ישנם יתרונות רבים שמערכת מגע מסוג זה מביאה לשוק. ראשית, היא תוכננה תוך מחשבה על נוחות. החלטת המהנדסים להתמקד ביצירת מכשיר לביש נוח הייתה בחירה חכמה. המכשיר שלהם מאפשר למישהו ללבוש אותו ולהשתמש בו רק בעת הצורך במצב פעיל. כמו כן, משקלו הקל ונוחותו משמעותם שיותר אנשים צפויים להשתמש בו גם כן.
החלק כדי לגלול →

רזולוציה גבוהה במיוחד: יתרון משמעותי

יתרון משמעותי נוסף הוא יכולות הרזולוציה. רזולוציה אנושית במכשיר לביש נוח נראתה בלתי אפשרית במשך עשרות שנים, אך גישה חדשה זו מבטלת את הצורך במנועים או ברכיבים מגושמים אחרים. במקום זאת, חשמל אלקטרוסטטי מספק את הדרך המושלמת לתמרן את הצמתים כדי לדמות מגע.

יישומים וציר זמן של תהליכים רגשיים ברזולוציה אנושית בעולם האמיתי:

ישנם שימושים רבים למכשירים דקים במיוחד, קלים, גמישים ולבישים שיכולים לספק משוב הפטי מעמיק. לדוגמה, הם יכולים לעזור להדריך אנשים עם לקויות ראייה. חשבו על כפפה שיכולה להודיע ​​למישהו אם הוא מתקרב למדף או לסכנה פוטנציאלית. הנה עוד כמה יישומים מגניבים לטכנולוגיה הזו.

מציאות מדומה מהדור הבא: חוויה של הסביבה הווירטואלית

מערכות מציאות מדומה יכולות להפוך להרבה יותר מציאותיות אם הטכנולוגיה הזו תהפוך לציבורית. דמיינו לעצמכם העברת אצבע על גביש בעולם המשחקים האהוב עליכם ועוד. טכנולוגיה זו יכולה למזג עוד יותר את הגבולות בין העולם הווירטואלי לעולם האמיתי, ולהוביל לחוויות וירטואליות מדהימות באמת.

חוויות וירטואליות משופרות

אמנם קל לראות כיצד פיתוח זה יכול להועיל לתחום הגיימינג, אך ייתכן שאינכם מבינים עד כמה פיתוח זה יכול להיות בעל השפעה על מגזרים דיגיטליים אחרים כמו מסחר אלקטרוני. דמיינו לעצמכם שאתם יכולים להרגיש את המרקם ברכישת החולצה הבאה שלכם עוד לפני שהיא מגיעה. זה ועוד הרבה יותר יהיה אפשרי.

רובוטיקה וטלמניפולציה

תעשייה אחת שבהחלט תפיק את המרב מהמחקר הזה היא מגזר הרובוטיקה. במשך עשרות שנים, מהנדסים נאבקים ליצור ידיים רובוטיות שירגישו כמו ידיים אנושיות. אמנם היו ניסיונות רבים, אך סוג זה של משוב הפטי יכול לאפשר לבקר להרגיש את מה שהרובוט מרגיש.

ככזה, זה יאפשר מגע אנושי באמצעות מעבר ויפתח את הדלת למשימות רובוטיות מדויקות. אסטרטגיה זו עשויה לעורר יותר ניתוחים בסיוע רובוטי, שכן המנתח יוכל לקבל תובנות נוספות באמצעות מגע.

ציר זמן של הפטיקה של רזולוציה אנושית

ייתכן שיחלפו עוד 5-7 שנים עד שטכנולוגיה זו תגיע לציבור. עם זאת, יש ביקוש חזק לטכנולוגיה זו בתחומים רבים, במיוחד במגזר הרפואי. ככזה, טכנולוגיה זו תוכל להשתלב תחילה במערכות ניתוח רובוטיות לפני שתגיע לגיימרים ולצרכנים כאחד.

חוקרי האפטיקה של רזולוציה אנושית

אוניברסיטת נורת'ווסטרן הובילה את מחקר המשוב ההפטי ברזולוציה האנושית. המאמר מציין במפורש את המהנדסים סילביה טאן, מייקל א. פשקין, רוברטה ל. קלצקי וג'יי אדוארד קולגייט כתורמים.

ראוי לציין שקולגייט ופשקין עבדו בעבר על מערכת שהשתמשה באלקטרודהזיה כדי לווסת את החיכוך בין קצה האצבע למסך מגע. עבודה זו נתפסת כהרחבה של מחקר זה. היא משפרת את הקונספט, והופכת אותו ללביש ומדויק יותר.

עתיד ההאפטיקה ברזולוציה אנושית

המהנדסים מאמינים שעבודתם תוביל לכך שמכשירי VoxeLite יהפכו לנפוצים. כשדנו בחזונם, הם תיארו עולם שבו משתמשים עונדים את מכשירי ה-VoxeLite שלהם לאורך כל היום כמו אוזניות או משקפיים של BT, ומשתמשים בהם בעת הצורך כדי לתקשר עם המסך החכם שלהם ועם מכשירים אחרים.

השקעה בחדשנות במציאות מדומה

ישנן מספר חברות בתחום המציאות המדומה שממשיכות לקדם את הטכנולוגיה. חברות אלו רוצות לקחת את חוויית המציאות המדומה ולשפר אותה באמצעות אסטרטגיות חדשות של קלט חושי. הנה חברה אחת שממשיכה לחלוץ חדשנות בתחום המציאות המדומה תוך שמירה על שיטות עבודה עסקיות מיטביות.

תוכנת יוניטי בע"מ (או)

יוניטי סופטוור הושקה כמפתחת משחקי וידאו בשנת 2004 לפני שהפנתה את האסטרטגיה העסקית שלה למנועי משחקים. מייסדי החברה, דיוויד הלגאסון, ניקולס פרנסיס ויואכים אנטה, ראו את הערך בפישוט פיתוח עולמות וירטואליים תלת-ממדיים.

החלטה זו עזרה לחברה לצמוח ולהפוך לספקית מובילה של מנועי משחקים. כיום, הפלטפורמה שלה מאפשרת סימולציות, סרטים, חוויות מציאות מדומה, עיצובים בתחום התעופה וחלל ועוד. אלו המחפשים ניסיון בתחום המציאות המדומה צריכים לשקול לערוך מחקר נוסף על Unity Software ומוצריה.

חדשות וביצועים אחרונים של מניית Unity Software Inc (U)

האפטיקה של רזולוציה אנושית | מסקנה

מחקר המשוב ההפטי ברזולוציה האנושית משנה את כללי המשחק ומייצג קפיצת מדרגה משמעותית בטכנולוגיה. האסטרטגיה הייחודית של המהנדסים, המסתמכת על כוחות אלקטרוסטטיים, הוכחה כאפשרות הטובה ביותר עד כה. יש לקוות שהמהנדסים יוכלו לשפר עוד יותר את היצירה שלהם ולהביא אותה להמונים, ולפתוח את הדלת לרמה חדשה של טבילה וירטואלית לכולם.

למדו על פיתוחים מגניבים נוספים בתחום המציאות המדומה כאן

הפניות

^{1. טאן, ש., פשקין, מ.א., קלצקי, ר.ל., וקולגייט, ג'.א. (2025). לקראת הפטיקה ברזולוציה אנושית: תצוגה טקטילית לבישה בעלת רוחב פס גבוה וצפיפות גבוהה. התקדמות מדעית. https://doi.org/adz5937}