Ученые нашли способ передавать прикосновения через экран или на искусственную руку
Пожилая женщина общается с маленькой внучкой из другого города по видеосвязи. В какой-то момент ребенок гладит по руке изображение бабушки на экране, и та вздрагивает, ощутив реальные прикосновения.
Или мужчина с роботизированным протезом предплечья берет по очереди стакан, маркер и смартфон, и на его лице появляется удивленная улыбка. Теперь он может, не глядя на предметы, почувствовать их форму и отличить один от другого на ощупь - искусственной рукой. Возможно еще такое: геймер запускает на приставке симулятор восточных единоборств. Каждый раз, когда виртуальный противник наносит успешный удар, игрок непроизвольно отдергивает «пострадавшую» часть тела - он физически чувствует «травму». Об этом сообщает Информатор Tech, ссылаясь на Meduza.
Эти ситуации - не научно-фантастические зарисовки, а демонстрация работы нового беспроводного интерфейса для виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальностей, разработанного китайскими и американскими учеными. Это устройство позволяет чувствовать прикосновения как переданные из реального мира, так и сгенерированные компьютером.
Как это работает
Интерфейс представляет собой легкий гибкий многослойный «пластырь», который можно временно наклеить на кожу. При этом, по уверениям разработчиков, он не сминается, а принимает форму тела. Для передачи тактильных ощущений в него встроены небольшие вибрационные моторы, устроенные довольно просто: они состоят из медной спирали и постоянного магнита. Когда на спираль подается ток, магнит вибрирует с частотой этого тока, что и создает ощущение прикосновения. В существующем прототипе каждый мотор-актуатор имеет скромные, но все же существенные размеры: 12-18 миллиметров в диаметре и 2,5 миллиметра в толщину. Весит он при этом 1,4 грамма. Как показывают расчеты, и так небольшое устройство в будущем можно будет уменьшить еще сильнее: без потерь в силе вибрации оно может быть размером 1,2?0,8 миллиметра. Для работы нынешняя конструкция требует всего пары милливольт на мотор, в то время как для ранее разработанных аналогов этот показатель был в полсотни раз выше.
Главная особенность нового «тактильного передатчика» - ему не нужны проводное подключение и встроенный аккумулятор. Энергию для работы устройство получает «по воздуху» от внешнего источника с помощью основной и промежуточной (усиливающей входящий ток) спиралей индуктивности. Эта технология - она схожа с беспроводной зарядкой смартфонов - позволяет передавать энергию на расстоянии около метра, а аккумулятор с передающей спиралью можно буквально взять с собой. Радиочастотные сигналы от компьютера или мобильного устройства принимает набор антенн, каждая из которых обслуживает модуль из восьми актуаторов с управляющим микрочипом.
Для массового производства и использования в коммуникациях, медицине и индустрии развлечений интерфейс придется доработать. В первую очередь нужно сделать актуаторы более миниатюрными, что позволит, с одной стороны, повысить разрешающую способность, а с другой - снизить потребляемое напряжение и силу тока, то есть уменьшить энергозатраты и теплопродукцию. Как уже говорилось, технически это вполне осуществимо.
Путь осязательных интерфейсов
Впервые словосочетание «виртуальная реальность» применил в 1938 году для описания сценических постановок французский писатель Антонен Арто в книге «Театр и его двойник». В современном смысле оно прозвучало в 1982 году в произведении австралийского фантаста Дэмиена Бродерика. Авторство физического воплощения VR остается предметом дебатов, отчасти из-за того, что этой концепции сложно дать однозначное определение. В конце 1950-х годов американский режиссер и разработчик Мортон Хейлиг создал стационарное механическое устройство «Сенсорама», которое воздействовало сразу на все основные органы чувств: передавало изображение от первого лица, звуки, вибрацию и даже запахи.
В 1968 году американский исследователь Айвен Сазерленд с коллегами изобрели первый носимый на голове VR-дисплей, реагирующий на движения пользователя. Из-за громоздкости и странного вида устройство получило название «Дамоклов меч». За этим последовали десятилетия разработок и усовершенствований, в первую очередь силами Национального аэрокосмического управления США (NASA), а также регулярных заявлений скептиков, считающих, что у технологии нет будущего. Тем не менее, в 1990-х годах на рынке стали появляться доступные пользователям VR-шлемы.
Современные устройства VR в общем виде представляют собой закрепляемый на голове дисплей, акселерометр (прибор для регистрации движений) и динамики для погружения пользователя в трехмерную сгенерированную компьютером среду. Существуют и системы AR, накладывающие виртуальные объекты на реальную обстановку. Однако все они задействуют только зрение и слух, и ученые уже несколько десятилетий пытаются повысить степень погружения за счет других органов чувств - в первую очередь осязания. Считается, что первое подобное устройство представили в 2002 году. Тогда «гаптическое телекоммуникационное носимое устройство» представила британская компания CuteCircuit. Ее рубашка HugShirt с вшитыми сенсорами и актуаторами позволяет собеседникам «обняться» на расстоянии - для этого нужно лишь подключение к интернету и установленное на смартфон приложение.
«Рубашка для объятий» вызвала немалый интерес и получила несколько престижных наград: конференции Cyberart в Бильбао в 2004 году, журнала Time в 2006 году и Всемирного конгресса мобильных устройств UKTI. За прошедшие годы HugShirt претерпела несколько изменений дизайна и материалов, чтобы идти в ногу с модой, и ряд технических усовершенствований. Сейчас ее можно приобрести по предварительному заказу за 350 фунтов стерлингов. После этого предложено немало устройств для передачи «виртуальных» прикосновений. Самый популярный форм-фактор - перчатки разных конструкций, позволяющие «трогать» объекты в VR. Они могут оснащаться электромоторами по типу экзоскелетов, вибрационными актуаторами, электростатическими тормозами и другими приводами. Свой вариант подобного устройства представили и российские разработчики. Есть и другие подходы, например, браслет для имитации прикосновений с помощью электростимуляции мышц.
Существуют и системы, позволяющие имитировать столкновения с виртуальными предметами, такие как набор браслетов с соленоидами или электростимуляторами, а также пневматическая куртка и костюм с вибромоторами. В качестве примеров еще более экзотичных устройств для осязательного взаимодействия с виртуальными объектами можно привести трость для слепых, куб с пропеллерами, дрон и даже промышленного робота. Некоторые из перечисленных технологий представляют лишь теоретический интерес и почву для дальнейших разработок, некоторые имеют реальные шансы превратиться после доработки в реальный коммерческий продукт, а некоторые (например, HugShirt и несколько моделей перчаток-контроллеров) можно приобрести уже сейчас. Пожалуй, не будет преувеличением сказать, что уже в недалеком будущем осязание станет таким же неотъемлемым компонентом VR, как сейчас зрение и слух. Очередь за вкусом и обонянием.
Узнать еще больше актуальных новостей из мира технологий и игр можно в нашем Telegram-канале, и на страничках в Facebook и Instagram.
