De combinatie van virtuele realiteit en robotica

Virtuele realiteit (VR) en robotica kunnen herhalend werk verminderen en de interactie met digitale en fysieke omgevingen veranderen. Dit artikel bespreekt de mogelijkheden en beperkingen aan de hand van onderzoek en verwachtingen uit 2023. 

VR-headsets zoals Meta Quest en games op platforms zoals Steam maakten de technologie bekender. Voor de robotica voorspelde Market Research Future in mei 2023 dat de markt 214,6 miljard Amerikaanse dollar zou kunnen bereiken in 2030, niet in 2028. Dit is een marktraming uit die studie, geen gerealiseerde omzet of gegarandeerde groei. 

In de fysieke wereld wordt robotica toegepast in industriële en commerciële omgevingen, waaronder:

• Auto-industrie
• Chemische industrie
• Elektrotechniek en elektronica
• Voedingsmiddelenindustrie
• Metaalindustrie en andere sectoren 

Bij dienstenrobots zijn er toepassingen in:

• Landbouw
• Geneeskunde
• Amusement
• Huishoudelijk gebruik 

VR en robotica kunnen ook samen worden gebruikt. Een virtuele interface kan de gebruiker helpen een robot op afstand te bedienen. Wat daarmee mogelijk is, hangt af van het systeem en de omgeving. 

VRoxy: VR en robotica voor samenwerking op afstand

Onderzoeksprototypes laten zien hoe een robot een persoon op afstand kan vertegenwoordigen en diens gebaren kan overbrengen. 

VRoxy is een voorbeeld voor professionele samenwerking. Het was in 2023 een onderzoeksprototype, geen algemeen verkrijgbaar commercieel product. 

Wat is VRoxy?

Het systeem werd beschreven in het onderzoek “VRoxy: Wide-Area Collaboration From an Office Using a VR-Driven Robotic Proxy” op het ACM-symposium UIST, van 29 oktober tot en met 1 november 2023 in San Francisco.

Met een VR-headset kan een gebruiker via een robot deelnemen aan activiteiten in een andere ruimte. VRoxy koppelt een kleine gebruikersruimte aan grotere werkgebieden. Virtuele navigatie en bewegingskoppeling maken dat mogelijk; niet iedere kleine beweging wordt automatisch met een vaste factor vergroot. 

Hoe VRoxy werkt

Het prototype heeft een livemodus en een navigatiemodus. 

De livemodus toont een 360-gradenvideobeeld voor gesprekken en interactie met collega’s bij de robot. 

De navigatiemodus gebruikt een vereenvoudigde driedimensionale weergave. De gebruiker kiest een virtuele positie; de robot rijdt naar het bijbehorende werkgebied. 

De gebruiker hoeft de robot niet voortdurend met een handcontroller te sturen. Het systeem vertaalt diens acties in navigatieopdrachten. Automatisch rijden betekent dus niet dat de gebruiker geen controle heeft. 

Via de volgfuncties van de Meta Quest Pro brengt het prototype non-verbale signalen over, zoals:

• Hoofdbewegingen
• Gezichtsuitdrukkingen
• Aanwijzende gebaren
• Blikrichting, zichtbaar via de robot die de gebruiker vertegenwoordigt

De mogelijkheden van VRoxy

De ruimte van de gebruiker hoeft niet even groot te zijn als de werkplek op afstand. Virtueel van positie wisselen teleporteert de robot niet: die moet fysiek rijden. Voor deelname in een ander gebouw is daar een andere geschikte robot nodig.

Toekomstig onderzoek naar VRoxy

Robotarmen om voorwerpen te hanteren en automatische kaartvorming waren in 2023 toekomstig werk. De mechanische aanwijzer van het prototype was geen grijparm. De navigatie maakte gebruik van een voorbereide ruimte met markeringen aan het plafond.

Een ander onderzoek, aan de Universiteit van Tsukuba in Japan, onderzocht koudegevoel bij een gemiddeld vrijwel constante huidtemperatuur. Dat is een afzonderlijke zintuiglijke interface, geen functie van VRoxy.

Lees meer over VRoxy en samenwerking op afstand. 

Onderzoek van de Universiteit van Tsukuba naar koudegevoel

De universiteit beschreef in oktober 2023 een contactloze methode met koude lucht en licht. Daarmee bleef de huidtemperatuur gemiddeld vrijwel constant terwijl deelnemers aanhoudende kou ervoeren. 

Hoe de methode resterende warmte beperkt

Koude lucht zorgt voor een waarneembare temperatuurdaling; zichtbaar licht voor een kleine stijging die onopgemerkt kan blijven. Snelle afwisseling beperkt de opeenstapeling van temperatuurveranderingen. Er zijn dus echte warmtestromen en kleine schommelingen, niet een gevoel zonder fysieke prikkel. 

Bij herhaalde blootstelling kan de waargenomen intensiteit van een thermische prikkel afnemen. De onderzoekers benutten de gevoeligheid voor snelle veranderingen om koudegevoel te behouden met weinig resterende warmte. 

Mogelijkheden voor toekomstige VR-toepassingen

De studie testte de methode bij 15 deelnemers. Onder bepaalde experimentele omstandigheden ervoeren de meesten aanhoudende kou zonder warmtegevoel. Dat bewijst geen universele werking of onbeperkte gebruiksduur. 

Zulke interfaces kunnen de ervaring van aanwezigheid in een virtuele omgeving versterken. Een laboratoriumdemonstratie is nog geen commercieel VR- of robotsysteem.

Thermische ervaringen in de metaverse zijn een mogelijke toepassing. Praktisch gebruik vraagt nader onderzoek naar comfort, veiligheid en technische integratie. 

Deze voorbeelden tonen uiteenlopende onderzoekslijnen. VR, robotica en haptische interfaces kunnen elkaar aanvullen, maar hebben niet automatisch dezelfde functies of onbeperkte mogelijkheden.

Mogelijke toepassingsgebieden zijn:

• Geneeskunde
• Onderwijs
• Training
• Ontwerpen
• Noodhulp en veel meer

Toepassingen en beperkingen

Medische training en bediening op afstand

VR wordt gebruikt of onderzocht bij medisch onderwijs, pijnbehandeling en revalidatie. Ook robotica heeft medische toepassingen. Het gebruik van de ene technologie vereist niet altijd de andere. 

Virtuele ingrepen met haptische controllers bieden oefenmogelijkheden. Ze kunnen praktijkonderwijs aanvullen, maar vervangen dat niet volledig en garanderen geen klinische bekwaamheid. 

Het op afstand bedienen van robotarmen is een afzonderlijk onderzoeksgebied. VRoxy demonstreerde in 2023 geen operatie op afstand en was geen goedgekeurd chirurgisch systeem. Telesurgie vereist specifieke apparatuur, betrouwbare verbindingen, klinisch bewijs en de benodigde toelatingen.

Bekijk het overzicht van vijf aandelen rond AR en VR in de gezondheidszorg.

Complexe trainingsomgevingen

Oefenen in echte omstandigheden kan duur of gevaarlijk zijn. Simulaties maken gecontroleerde herhaling van bepaalde situaties mogelijk. 

Militaire en vliegsimulatoren kunnen kosten en blootstelling aan risico’s beperken. Revalidatie is een behandeling met eigen klinische eisen en moet niet worden verward met de opleiding van operators. 

VR kan een scenario weergeven; robotische of haptische apparatuur kan beweging en fysieke terugkoppeling toevoegen. De nauwkeurigheid en effectiviteit moeten per toepassing worden onderzocht.

Onderwijs en Training

Onderwijs in wetenschap, techniek, architectuur en geneeskunde kan dure materialen, instrumenten en infrastructuur vereisen. De beschikbare middelen verschillen per instelling. 

Beperkte toegang tot laboratoria en machines kan praktisch leren bemoeilijken, vooral bij instellingen met weinig middelen. 

VR kan situaties simuleren en robotbediening op afstand kan toegang geven tot echte apparatuur. Die apparatuur, het onderhoud en de verbinding blijven elders nodig. 

Ontwerp en prototypeontwikkeling

Virtuele modellen en robotische interfaces kunnen samenwerking bij ontwerp en prototypeontwikkeling ondersteunen. Sommige ideeën kunnen worden getest voordat een fysiek model wordt gebouwd. 

Meerdere gezichtspunten en digitale gebruikersfiguren kunnen samenwerking vergemakkelijken. Fysieke en haptische interactie hangt af van de apparatuur en geeft niet automatisch alle eigenschappen van een echt voorwerp weer. 

Training voor noodsituaties

Voor noodhulpopleiding is geen echte noodsituatie vereist: oefeningen en simulaties bestaan al. VR en geschikte robotapparatuur kunnen variatie en gecontroleerde moeilijkheid toevoegen, zonder alle praktijkoefeningen te vervangen.

Grote technologiebedrijven en immersieve toepassingen

De volgende bedrijven hadden in 2023 activiteiten of plannen rond VR, AR of gemengde realiteit. Dat maakt ze niet allemaal ontwikkelaars van robotische systemen zoals VRoxy. 

1. Apple

Voor Apple (AAPL ) verwees de oorspronkelijke analyse naar analistenramingen van meer dan 20 miljard dollar jaarlijkse AR/VR-omzet in 2030, met een optimistisch scenario van 70 miljard. Dit waren geen gerealiseerde inkomsten of bedrijfsprognoses. Ook de productieaantallen van 300.000–500.000, 850.000 in boekjaar 2024 en 3,4 miljoen in boekjaar 2026 waren schattingen. Apples aankondiging van 5 juni 2023 noemde begin 2024 voor de Amerikaanse verkoopstart van Vision Pro, niet het decemberkwartaal van 2023.

Het beursmoment uit de oorspronkelijke analyse van 2023 vermeldde 182,45 dollar per aandeel, ruim 61 miljoen gemiddeld verhandelde aandelen per dag en circa 2,84 biljoen dollar beurswaarde. Dit zijn historische gegevens, geen actuele koersen.

Dividend en winst per aandeel garanderen geen toekomstige opbrengst. De waardering van Apple bewijst evenmin dat VR-producten commercieel succesvol zullen zijn.

2. Microsoft

Microsoft (MSFT ) ontwikkelde de HoloLens, een headset voor gemengde realiteit. De oorspronkelijke analyse verwees naar een externe schatting van circa 300.000 verkochte exemplaren tot oktober 2022, geen door de uitgever geverifieerd actueel totaal. De IVAS-overeenkomst met het Amerikaanse leger betrof speciale militaire systemen op basis van HoloLens-technologie. De potentiële waarde was maximaal 21,88 miljard dollar over vijf jaar met een verlengingsoptie van vijf jaar, niet direct gerealiseerde omzet. 

De beursgegevens uit het moment van analyse in 2023 waren 361,53 dollar per aandeel, een daling van 1,67 dollar of 0,46%, een beurswaarde van 2,69 biljoen dollar en een toenmalige 52-weeksbandbreedte van 219,35–366,78 dollar. Deze historische bandbreedte garandeert geen veiligheid of rendement.

3. Meta

Meta had een belangrijke positie met Quest 2. De oorspronkelijke analyse noemde een externe schatting van 17 miljoen verkochte headsets, geen bevestigd actueel bedrijfstotaal. Ook introduceerde Meta de Meta Quest Pro , in oktober 2022 met een Amerikaanse introductieprijs van 1.499,99 dollar, niet de actuele prijs. Quest 3 kwam op 10 oktober 2023 uit vanaf 499,99 dollar voor de versie met 128 GB.

Het historische beursmoment van 2023 vermeldde voor Meta een 52-weeksbereik van 100,74–330,54 dollar, circa 821,045 miljard dollar beurswaarde en 2,57 miljard aandelen. Dit zijn geen huidige beursgegevens. 

Hetzelfde historische overzicht noemde een gemiddeld tiendaags volume van 24,35 miljoen aandelen, een bèta van 1,21 en een stijging van 166,05% sinds het begin van 2023 tot dat meetmoment. Bèta hangt af van de berekeningsmethode; eerder rendement garandeert geen toekomstig rendement. 

4. Samsung

In 2023 circuleerden berichten over een toekomstige Samsung-headset voor gemengde realiteit. De genoemde vier volgcamera’s, pancake-lenzen, twee RGB-camera’s, dieptesensor, oog- en handtracking, OLED-microdisplays en Exynos 2200 betroffen geruchten over een prototype, geen bevestigde specificaties van een commercieel product of chirurgische robot.

De oorspronkelijke analyse noemde omzetramingen van 261,070 biljoen won voor 2023 en 300,279 biljoen voor 2024, met geraamde nettowinsten van respectievelijk 10,900 en 29,051 biljoen won. Het waren toenmalige verwachtingen, geen definitieve resultaten. Een nettokaspositie is een balanspost, geen kasstroom. Ook het genoemde dividendrendement van ruim 2% was historisch en geen garantie voor groei.

Immersieve interfaces kunnen nieuwe toepassingen mogelijk maken. Commercieel succes hangt onder meer af van kosten, comfort, software en daadwerkelijke gebruikersbehoeften. 

Bekijk het overzicht van tien aandelen rond AR en VR.

Vooruitzichten voor VR en robotica

VR kan aanwezigheid op afstand versterken en robotica fysieke interactie mogelijk maken. Betere toegang tot apparatuur en herhaalbare oefenscenario’s zijn mogelijke voordelen. Virtuele teleportatie verplaatst het beeld of de gebruikersrepresentatie, niet onmiddellijk een fysiek voorwerp. 

Verdere ontwikkeling vraagt onderzoek, financiering en technische beoordeling. AI en machine learning kunnen specifieke functies ondersteunen, maar garanderen geen stijgende investeringen, onbeperkte nauwkeurigheid of algemene toepassing.