הנה איך העתיד של הטכנולוגיה ההפטית נראה (או יותר נכון, מרגיש)

בסרטו של סטיבן שפילברג 2018 Ready Player One משנת 2018, המבוסס על ספרו של ארנסט קליין משנת 2011, אנשים נכנסים לעולם מרתק של מציאות מדומה בשם OASIS. מה שהכי מרתק עם הטכנולוגיה העתידנית בסרט המדע הבינלאומי הזה לא היו משקפי ה- VR, שנראים לא כל כך רחוקים מהאוזניות שנמכרות כעת על ידי אוקולוס, HTC ואחרים. זו הייתה מעורבות של תחושה שמעבר לראייה וצליל: מגע.

הדמויות לבשו כפפות עם משוב המאפשר להן לחוש את האובייקטים המדומים בידיהם. הם יכלו לשדרג לחליפות גוף מלאות ששחזרו את הכוח של אגרוף לחזה או ליטוף ליטוף. ובכל זאת, יכולות אלה, אולי, אינן רחוקות כמו שאנחנו מדמיינים.

אנו סומכים על מגע - או "haptic" - מידע ברציפות, בדרכים שאנו אפילו לא מכירים במודע. עצבים בעור, במפרקים, בשרירים ובאיברים שלנו מראים לנו כיצד גופנו ממוקם, עד כמה אנו מחזיקים משהו, איך מזג האוויר או שאדם אהוב מפגין חיבה באמצעות חיבוק. ברחבי העולם פועלים כעת המהנדסים כדי ליצור מחדש תחושות מגע מציאותיות, למשחקי וידאו ועוד. מגע מעורב באינטראקציות בין אדם למחשב היה משפר את השליטה הרובוטית, השיקום הגופני, השכלה, ניווט, תקשורת ואפילו קניות ברשת.

"בעבר, ההפטיקים היו טובים בלהבחין בדברים, עם רטט בטלפון שלך או עם חבילות הרעם בבקרי המשחק, " אומרת הת'ר קולברסון, מדענית מחשבים מאוניברסיטת דרום קליפורניה. "אבל עכשיו יש מעבר לכיוון של דברים שמרגישים טבעיים יותר, שמחקים יותר את התחושה של חומרים טבעיים ואינטראקציות טבעיות."

העתיד אינו רק בהיר, אלא מרקם.

* * *

ניתן לקבץ מכשירים הפטיים לשלושה סוגים עיקריים: ניתן לתפוס, לביש וניתן לגעת בהם. ניתן להבין את הג'ויסטיק. יישום ברור אחד הוא בהפעלת הרובוטים, כך שמפעיל יכול לחוש כמה התנגדות הרובוט דוחף נגדה.

קח רובוטים כירורגיים, המאפשרים לרופאים לפעול מהצד השני של העולם, או לתמרן כלים קטנים מדי או בחללים הדוקים מדי לידיים שלהם. מחקרים רבים הראו כי הוספת משוב חפטי לשליטה ברובוטים אלה מגדילה את הדיוק ומקטינה את הנזק לרקמות וזמן הפעולה. אנשים עם משוב חפטי מאפשרים גם לרופאים להתאמן על חולים שקיימים רק במציאות מדומה תוך שהם מקבלים תחושה של חיתוך ותפר בפועל. אחד התלמידים של קולברטסון מפתח כעת סימולטורים לשיניים כך שהקידוח השגוי הראשון של סטודנט לרפואת שיניים אינו על שן אמיתית.

המהנדסים בונים מערכות להעברת תחושות מגע מציאותיות למשחקי וידאו, בקרות רובוטיות ועוד, עם מגוון יישומים אפשריים. (באדיבות המגזין הידע)

תחושה של מה שהרובוט בפיקודך עושה יעזור גם לריסת פצצות או להוצאת אנשים ממבנים שהתמוטטו. או לתיקון לוויין מבלי להתאים לטייל בחלל. אפילו דיסני בדק רובוטים של טלפרנסנס haptic, לצורך אינטראקציות בטוחות בין אדם לרובוט. הם פיתחו מערכת עם צינורות פנאומטיים המחברים בין הזרועות הרובוטיות של הומנואיד למערכת זרועות מראה שאדם יכול לתפוס. האדם יכול לתפעל את בוט המראה כדי לגרום לבוט הראשון להחזיק בלון, להרים ביצה או ללטף ילד על הלחיים.

בקנה מידה קטן יותר, המעבדה של הרובוטיסט ג'יימי פאיק במכון הטכנולוגי הפדרלי של שוויץ בלוזאן (EPFL) פיתחה ממשק האפטי נייד הנקרא Foldaway. למכשירים בגודל וצורה של רכבת משקה מרובעת שלוש זרועות תלויות שצצות ונפגשות באמצע. (סטפנו מינצ'ב, פוסט-דוק במעבדה, מכנה אותם "רובוטים של אוריגמי ממוזערים.") ניתן לתקוע ידית פלסטיק קטנה למעלה במקום בו הזרועות נפגשות, וכך ליצור ג'ויסטיק שפועל בתלת מימד - והזרועות דוחפות לאחור, כדי לתת למשתמש תחושה של האובייקטים שהם דוחפים נגדם. בהדגמות, הצוות השתמש במכשירים כדי לשלוט במזל"ט אווירי, לסחוט חפצים וירטואליים ולהרגיש את הצורה של אנטומיה אנושית וירטואלית.

ישנם אתגרים מסוימים בתפיסת ההפטים שעלולים להיראות בלתי עבירים - למשל, איך אתה מספק תחושת משקל כשאתה תופס ומרים אובייקטים דיגיטליים חסרי משקל? אך על ידי לימוד מדעי המוח, המהנדסים הצליחו למצוא כמה דרכים לעקיפת הבעיה. קולברטסון ועמיתיו פיתחו מכשיר בשם Grabity לבעיית הכבידה. זה סוג של קלסית שאחד אוחז ולוחץ כדי להרים חפצים וירטואליים. פשוט על ידי רטט בדרכים מסוימות, הוא יכול לייצר אשליה של משקל ואינרציה.

אבל "לשטות במוח רק הולך כל כך רחוק", אומר אד קולגייט, מהנדס מכונות מאוניברסיטת נורת'ווסטרן העובד בהפטיקה. לעיתים קל לשבור אשליות האפטיות. לטעמו, בטווח הארוך המהנדסים יצטרכו לשחזר את הפיזיקה של העולם האמיתי - משקל והכל - בצורה נאמנה ככל האפשר. "זו בעיה ממש קשה."

המכשיר ההאפי שניתן לתפוס בשם Grabity (התחתון) מספק אשליה של משקל ואינרציה לטיפול בחפצים וירטואליים. כאן זה מחקה את התחושה של בלוק (למעלה). (באדיבות מעבדת הצורות של סטנפורד)

מכשירים אחידים לרוב מנצלים את התחושות הקינסטטיות: תחושות של תנועה, מיקום וכוח המתווכים על ידי עצבים לא רק בעור שלנו אלא גם בשרירים, בגידים ובמפרקים שלנו. לעומת זאת, מכשירים לבישים מסתמכים בדרך כלל על תחושות מישוש - לחץ, חיכוך או טמפרטורה - המתווכים על ידי עצבים בעור.

מגוון אמצעי ניסוי נלבשים על האצבע, לוחצים על כרית האצבע בדרגות כוח שונות כאשר נוגעים באובייקטים במציאות מדומה. אולם מכשיר אחרון מספק משוב מסוג זהה מבלי לכסות את כרית האצבע. במקום זאת, הוא משוחק במקום בו ניתן לענוד טבעת ומכיל מנועים המותחים את העור מתחת. זה שומר על האצבעות חופשיות לקיים אינטראקציה עם חפצים מהעולם האמיתי תוך חישה של "וירטואלי" - תכונה שימושית גם למשחקים וגם ליישומים רציניים.

באחת הבדיקות, אדם יכול היה להחזיק חתיכת גיר אמיתית ולחוש לחץ בזמן ש"כתבו "על לוח וירטואלי מתוקף אשליה חפטית: כאשר ראו בו זמנית את הגיר במגע עם הלוח והרגישו שהעור שלהם נמתח, הם שוללו שולל להרגיש לחץ בקצות אצבעותיהם.

לעתים קרובות יותר, מכשירים Haptic לבישים מתקשרים באמצעות רעידות. המעבדה של קולברסון למשל עובדת על צמיד שמנחה את הלובש על ידי רטט לכיוון אליו הוא צריך לפנות. ו- NeoSensory, חברה שהוקמה על ידי דייוויד איגלמן, מדעי המוח של סטנפורד, מפתחת גופיה עם 32 מנועי ויברציה שהוצגה בפרק מסדרת המדע המדעי של HBO, Westworld, שם היא סייעה לכאורה לדמויות לזהות את הכיוון של אויבים מתקרבים.

אחד היישומים האמיתיים הראשונים של האפוד יהיה לתרגם צליל לתחושה מיששית כדי להפוך את השפה המדוברת למובנת יותר עבור אנשים עם אובדן שמיעה עמוק או שלם. איגלמן עובד גם בתרגום היבטים של העולם הוויזואלי לתנודות עבור אנשים עיוורים. מאמצים אחרים כוללים מידע מופשט יותר כמו נתוני שוק וסביבה - במקום רשת שמציינת היכן הדברים מרחבים, דפוס רטט מורכב עשוי להצביע על מחירי תריסר מניות.

תמונה זו מציגה עיצוב של חומר רך וגמיש דמוי עור התואם את הגוף, למכשירים הפטיים לבישים. שכבות חיישן ומפעילים מופרדות על ידי שכבות של סיליקון. בשכבת החיישן, טיטנצייט עופרת זירקונאט (PZT) מתרגם כוח לטעינה חשמלית לצורך משוב למחשב. שכבת ההפעלה מכילה כיסים זעירים שיכולים להתמלא באוויר פעמים רבות בשנייה לצורך משוב רטט ללבוש. (עיבוד מ- HA Sonar et al / Frontiers in Robotics and AI 2016)

מנועי רטט יכולים להיות מגושמים, ולכן מעבדות מסוימות מפתחות פתרונות נוחים יותר. המעבדה של Paik ב- EPFL עובדת על עור מפעיל פנאומטי רך (SPA) - יריעת סיליקון גמישה בעובי של פחות מ -2 מילימטרים, מנוקדת בכיסי אוויר זעירים. הם ניפחים וניפוחים באופן עצמאי עשרות פעמים בשנייה ובכך לפעול כפיקסלים - או "מסים", עבור אלמנטים מישושיים - ויוצרים רשת של תחושה. הם עשויים לספק תחושות מהסוג שהחליפות מציעות ב- Ready Player One, או משוב על מיקום רובוטים או גפיים תותבות. עור SPA משובץ גם בחיישנים העשויים מסגסוגת מתכת חדשה ועמידה בפני קורוזיה המאפשרת להשתמש באותו עור לכניסת מחשב כאשר המשתמש לוחץ אותו.

סרט האפטי דק אפילו יותר - בעובי של פחות מחצי מילימטר - נמצא גם הוא בפיתוח, שנוצר על ידי נובאסנטיס ועשוי מצורה חדשה של פלואוריד פלואוריד מפוליווינידן המאזן בין חוזק, גמישות ותגובה חשמלית. כאשר הסרט שכבה בצד אחד של גיליון של חומר גמיש ומופעל מטען חשמלי, הסרט מתכווץ ומגמיש את הגיליון, תוך הפעלת לחץ על העור. נובאסנטיס מספקת כעת את החומר ליצרני מכשירים שמכניסים אותו לכפפות למציאות מדומה ומשחקים.

"אתה יכול להבחין בין מים לחול וסלע", אומר סרי פרובמבה, סמנכ"ל השיווק של החברה. מעצבי VR יוכלו גם ליצור ייצוגים מופשטים יותר, כמו למשל מסרים המועברים בתחושה על מצב המשחק. "אנחנו יכולים ליצור שפה האפטית שלמה עם הטכנולוגיה שלנו", אומר פרובמבה.

רעידות יכולות לייצר סוג אחר של אשליה המטפטית: תחושת המשיכה. אם מכשיר שרוטט קדימה ואחורה במקביל למשטח העור נע במהירות לכיוון אחד ולאט לאט לכיוון השני, פעמים רבות בשנייה, זה מרגיש כאילו הוא מושך את העור בכיוון הראשון.

בעוד שרוב הלבישים משתמשים בתחושת מישוש, הם יכולים גם להשתמש בתשומת הקינסטטית של הגיד המפרק-גיד. מהנדסים פיתחו שלדי-גזע רובוטיים, מעין פיגומים שהופקו לגוף באמצעות חיישנים ומנועים, שיכולים לעזור לאנשים משותקים ללכת, להעניק לחיילים כוח סופר-טוב ולתת לאנשים לשלוט ברובוטים מרחוק. מעבדה ב- EPFL פיתחה את ה- FlyJacket, אותו אדם עונד בזרועות ישר לצדדים, מחובר באמצעות בוכנות למותניים. זה לא נראה זבוב במיוחד, אבל הוא מאפשר לאנשים לשלוט על מעוף של מל"טים אוויריים על ידי הזזת זרועותיהם וסובב את פלג גופם. כאשר המל"ט מרגיש משב רוח, גם אתה עושה.

הקטגוריה הסופית של המכשירים הם ממשקים הניתנים לנגיעה, כמו מסכי סמארטפון אשר נותנים חבטה קטנה כשאתה לוחץ על אפליקציה. עבודתו של קולברטסון עוברת מעבר לבליטות ופיזות פשוטות. היא מדמה מרקם על משטחים תוך שימוש במה שהיא מכנה "haptics מונע נתונים." במקום לכתוב אלגוריתמים או מודלים פיזיקלים מורכבים כדי ליצור ויברציות המדמות כאלה אמיתיים, היא מתעדת מה קורה כשמשהו נגרר מעל בדים שונים או חומרים אחרים במהירויות שונות ו לחצים. ואז יש לה משטח לשחק את הרטט כאשר העט נגרר עליו. יישומים יכולים לכלול קניות מקוונות ומוזיאונים וירטואליים.

מכשיר האפטי הניתן לנגיעה מאפשר למשתמש "להרגיש" מרקמים שונים בהתאם לדפוסי הרטט המועברים דרך העט. התנודות משתנות בהתאם למהירות בה נע העט, או כמה לחץ המשתמש מפעיל. המטרה היא לבצע הדמיה מציאותית של חספוס, קשיות וחלקלקות של משטחים. (באדיבות הת'ר קולברסון)

משטחים הניתנים לנגיעה מאפשרים גם סוגי אשליות. לדוגמה, אומר קולברסון, השמעת צליל לחיצה על כפתור כאשר מקישים על תמונה של כפתור גורמת להרגיש כאילו הכפתור לוחץ. או שגורם למסך להיראות מעוות מתחת לאצבעו יכול לגרום לו להרגיש רך יותר. אנשים בונים תפיסה על ידי קשירת יחדיו של ראייה, צליל, מגע, טעם וריח - וכפי שאומר קולברסון, "באמת קל לשטות במוח שלך אם יש לך חוסר התאמה בין החושים שלך."

ההאפטיקה הריאליסטית ל- VR עשויה לנצח להיות מגושמת ויקרה. או שטכנולוגיה עשויה בסופו של דבר לגרום ל- Ready Player One להיראות מוזר. בשני המקרים, כפי שאנו יכולים לראות בצעדים לתינוקות כמו רטט מוחלט של בקרי משחקי וידאו וטלפונים ושעונים רוטטים בלי סוף, מכשירים הפטיים כאן כדי להישאר, ומוסיפים מימד חדש לחיינו הדיגיטליים.

מגזין Knowable הוא מאמץ עיתונאי עצמאי מהסקירות השנתיות.