U filmu Stevena Spielberga za 2018. godinu Ready Player One, utemeljenom na knjizi Ernesta Clinea iz 2011. godine, ljudi ulaze u potopljeni svijet virtualne stvarnosti nazvan OASIS. Ono što je najviše privlačilo futurističku tehnologiju u ovom znanstveno-fantastičnom filmu nisu VR zaštitne naočale, koje ne izgledaju tako daleko od slušalica koje trenutno prodaju Oculus, HTC i drugi. Bio je to osjećaj koji je izvan vida i zvuka: dodira.
Likovi su nosili rukavice s povratnim informacijama koje su im omogućile da osjete zamišljene predmete u svojim rukama. Mogli bi se nadograditi na cjelovita odijela tijela koja su reproducirala silu udara u prsa ili milovanje miljenjem. Pa ipak, ove mogućnosti također ne mogu biti tako daleke kao što zamišljamo.
Mi se neprekidno oslanjamo na dodirne ili „haptičke“ informacije na načine koje niti svjesno ne prepoznajemo. Nervi u našoj koži, zglobovima, mišićima i organima govore nam kako su naša tijela postavljena, kako čvrsto nešto držimo, kakvo je vrijeme ili da voljena osoba pokazuje naklonost kroz zagrljaj. Inženjeri širom svijeta rade na stvaranju realističnih dodirnih senzacija, za video igre i još mnogo toga. Uključivanje u interakciju između čovjeka i računala poboljšalo bi robotsku kontrolu, fizičku rehabilitaciju, obrazovanje, navigaciju, komunikaciju, pa čak i kupnju na mreži.
"U prošlosti su haptici bili dobri u tome da stvari učine uočljivima, vibracijama u telefonu ili tutnjavama u kontrolerima za igre", kaže Heather Culbertson, računalna znanstvenica sa Sveučilišta u Južnoj Kaliforniji. "Ali sada je došlo do pomaka u pravljenju stvari koje osjećaju prirodnije, koje više oponašaju osjećaj prirodnih materijala i prirodnih interakcija."
Budućnost nije samo svijetla, već teksturirana.
* * *
Haptički uređaji mogu se grupirati u tri glavne vrste: mogu se shvatiti, nositi i dodirnuti. Da biste shvatili, mislite džojstike. Jedna jasna primjena je u radu na robotima, tako da operator može osjetiti koliki otpor robot pruža.
Uzmite kirurške robote koji omogućuju liječnicima da djeluju s druge strane svijeta ili manipuliraju alatima premali ili u previše uskim prostorima za ruke. Brojna istraživanja pokazala su da dodavanje brzinskih povratnih informacija kontroliranju ovih robota povećava točnost i smanjuje oštećenje tkiva i vrijeme rada. Oni s brzom povratnom informacijom također omogućuju liječnicima da obučavaju pacijente koji postoje samo u virtualnoj stvarnosti, a pritom dobivaju osjećaj stvarnog rezanja i šavova. Jedan od Culbertsonovih učenika trenutno razvija stomatološke simulatore tako da prvo pogrešno bušenje zubnog studenta nije na pravom zubu.
Inženjeri grade sustave za prenošenje realističnih osjetljivosti dodira video igrama, robotskim kontrolama i još mnogo toga, uz niz mogućih primjena. (Ljubaznošću Knovable Magazina) Osjećaj za ono što radi robot pod vašom naredbom također bi bilo korisno za uklanjanje bombi ili izvlačenje ljudi iz srušenih zgrada. Ili za popravak satelita bez prilagođavanja svemirskom putovanju. Čak je i Disney gledao u haptičke teleprisutne robote, za sigurne interakcije čovjek-robot. Razvili su sustav koji sadrži pneumatske cijevi koje povezuju robotizirane ruke humanoida s ogledalnim setom ruku koje čovjek može shvatiti. Osoba može manipulirati zrcalnim robotom da bi prvi bot držao balon, pokupio jaje ili potapšao dijete po obrazima.
U manjem obimu, laboratorij robotičara Jamieja Paika iz Švicarskog Federalnog tehnološkog instituta u Lausanni (EPFL) razvio je prijenosno haptičko sučelje nazvano Foldaway. Uređaji o veličini i obliku četvrtastog napitka za piće imaju tri zglobna kraka koja se iskaču i sastaju se u sredini. (Stefano Mintchev, postdoc u laboratoriju, naziva ih "minijaturisanim origami robotima.") Mala plastična ručka može se zabiti na vrh tamo gdje se ruke susreću, stvarajući upravljačku palicu koja djeluje u tri dimenzije - a ruke se guraju natrag da daju korisnik osjećaj za predmete na koje se gura. U demonstracijama, tim je koristio uređaje za kontrolu zračne bespilotne letjelice, istiskivanje virtualnih predmeta i osjetiti oblik virtualne ljudske anatomije.
Postoje određeni izazovi u hvatanju haptika koji mogu izgledati nepremostivo - na primjer, kako pružate osjećaj težine prilikom hvatanja i podizanja netežnih digitalnih predmeta? No proučavanjem neuroznanosti, inženjeri su uspjeli pronaći nekoliko zaobilaznih načina. Culbertson i njegovi kolege razvili su uređaj zvan Grabity za problem gravitacije. To je vrsta vijka koja se hvata i stisne da pokupi virtualne predmete. Jednostavno vibrirajući na određene načine, to može stvoriti iluziju težine i inercije.
Ali "budalaština mozga ide samo toliko daleko", kaže Ed Colgate, inženjer strojarstva na Sveučilištu Northwestern koji radi na heptici. Ponekad je lako razbiti haptičke iluzije. Po njegovom mišljenju, dugoročno će inženjeri trebati ponovno stvoriti fiziku stvarnog svijeta - težinu i sve - što vjernije. "To je stvarno težak problem."
Otkrivajući haptički uređaj zvan Grabity (dno) pruža iluziju težine i inercije pri rukovanju virtualnim predmetima. Ovdje oponaša osjećaj bloka (odozgo). (Ljubaznošću laboratorija za oblikovanje Stanford) Grabilni uređaji često koriste kinestetičke senzacije: osjećaje pokreta, položaja i sile posredovane živcima ne samo u našoj koži, već iu mišićima, tetivama i zglobovima. S druge strane, nosivi uređaji obično se oslanjaju na taktilne osjete - pritisak, trenje ili temperaturu - posredovane živcima u koži.
Na prstu se nose različiti eksperimentalni uređaji koji pritišću jastučić prsta s različitim stupnjevima sile dok jedan dodiruje predmete u virtualnoj stvarnosti. No nedavni uređaj pruža iste povratne informacije bez pokrivanja jastučića prsta. Umjesto toga, nosi se tamo gdje može nositi prsten, a sadrži motore koji ispod sebe razvlače kožu. To omogućava prstima da slobodno komuniciraju s stvarnim predmetima, a pritom još uvijek osjećaju "virtualne" - korisna značajka i za igre i za ozbiljne aplikacije.
U jednom testu, osoba je mogla držati pravi komad krede i osjećati pritisak dok je "pisala" na virtualnoj ploči zahvaljujući haptičkoj iluziji: Dok su istovremeno vidjeli kako kreda ulazi u ploču i osjećali kako im je koža zategnuta, prevarili su se osjeti pritisak u vrhovima prstiju.
Nosivi haptički uređaji češće komuniciraju putem vibracije. Culbertsonov laboratorij, na primjer, radi na narukvici koja rukuje korisnika tako što vibrira u smjeru u kojem se mora okrenuti. I NeoSensory, tvrtka koju je osnovao Stanford neuroznanstvenik David Eagleman, razvija prsluk s 32 vibracijska motora koji je prikazan u epizodi HBO-ove znanstveno-fantastične serije Westworld gdje je, navodno, pomogao likovima da identificiraju smjer približavanja neprijateljima.
Jedna od prvih stvarnih primjena prsluka bit će prevođenje zvuka u taktilni osjećaj da bi govorni jezik bio razumljiviji osobama s dubokim ili potpunim gubitkom sluha. Eagleman također radi na prevođenju aspekata vizualnog svijeta u vibracije za slijepe ljude. Ostali napori uključuju apstraktnije informacije poput podataka o tržištu i okolišu - umjesto rešetke koja pokazuje gdje su stvari prostorno, složen obrazac vibracija može ukazivati na cijene desetaka zaliha.
Ova slika prikazuje dizajn mekanog, fleksibilnog materijala nalik koži koji odgovara tijelu, za nošenje haptičkih uređaja. Slojevi senzora i aktuatora odvojeni su slojevima silikona. U sloju senzora, olovni cirkonat titanat (PZT) prevodi silu u električni naboj za povratnu informaciju o računalu. Pogon pokretača sadrži sitne džepove koji se mogu puno puta ispuniti zrakom za vibracijske povratne informacije prema korisniku. (Prilagođeno od HA Sonar i suradnici / Frontiers in Robotics i AI 2016) Vibracijski motori mogu biti glomazni, pa neki laboratoriji razvijaju ugodnija rješenja. Paikov laboratorij na EPFL-u radi na mekom pneumatskom pogonu (SPA) na koži - listiću fleksibilnog silikona debljine manje od 2 milimetra koji je prošaran sitnim džepovima zraka. Mogu se napuhati i ispuhati neovisno deseci puta u sekundi i na taj način djeluju kao pikseli - ili "takseli", za taktilne elemente - stvarajući mrežu osjeta. Mogle bi pružiti osjećaje poput odijela koji nude u Ready Player One, ili povratne informacije o pozicioniranju robota ili protetskih udova. SPA koža je također ugrađena senzorima izrađenim od nove metalne legure otporne na koroziju koja omogućuje da se ista koža koristi za unos računala kad korisnik stisne.
Još tanji haptički film - debljine manje od pola milimetra - također je u izradi, koji je kreirao Novasentis i izrađen je od novog oblika polivinidiliden-fluoridne plastike koji uravnotežuje snagu, fleksibilnost i električnu reaktivnost. Kad se film sloji na jednu stranu lista fleksibilnog materijala i nanese se električni naboj, film se stisne i prekriva list, vršeći pritisak na kožu. Novasentis sada materijal isporučuje proizvođačima uređaja koji ga stavljaju u rukavice za virtualnu stvarnost i igre.
"Možete razlikovati vodu i pijesak od kamena", kaže Sri Peruvemba, potpredsjednik marketinga tvrtke. VR dizajneri također bi mogli stvoriti apstraktnije prikaze, poput senzacija o stanju u igri. "Svojom tehnologijom možemo stvoriti čitav haptički jezik", kaže Peruvemba.
Vibracije mogu proizvesti drugu vrstu haptičke iluzije: osjećaj povlačenja. Ako se uređaj koji vibrira naprijed-natrag paralelno s površinom kože brzo kreće u jednom smjeru, a polako u drugu stranu, mnogo puta u sekundi, ima osjećaj kao da vuče kožu u prvom smjeru.
Dok većina nošenja koristi taktilni osjet, oni također mogu upotrijebiti kinestetički osjet mišića u zglobu i tetivu. Inženjeri su razvili robotske egzoskelete, svojevrsne skele vezane uz tijelo sa senzorima i motorima, koji pomažu paraliziranim ljudima da hodaju, daju vojnicima super snagu i omogućuju ljudima da upravljaju robotima na daljinu. U laboratoriju na EPFL-u razvijen je FlyJacket, koji nosi s rukama ravno u stranu, klipovima povezanim sa strukom. Ne izgleda posebno muva, ali ljudima omogućuje kontrolu leta zračnih bespilotnih letjelica pomicanjem ruku i uvijanjem torza. Kad dron osjeti nalet vjetra, i vi.
Posljednja kategorija uređaja su dodirna sučelja, poput zaslona pametnih telefona koji malo naprežu kada kliknete neku aplikaciju. Culbertsonov rad gura dalje od jednostavnih trzaja i zujanja. Simulira teksturu na površinama koristeći ono što naziva "haptics-driven data". Umjesto da piše komplicirane algoritme ili modele fizike za stvaranje vibracija koje simuliraju stvarne, ona bilježi što se događa kad se nešto prevuče preko različitih tkanina ili drugih materijala različitim brzinama i pritisci. Tada joj se površina vraća vibracijama kad se preko nje povuče olovka. Aplikacije mogu uključivati internetsku kupovinu i virtualne muzeje.
Dotični haptički uređaj omogućava korisniku da "osjeti" različite teksture, ovisno o tome koji se obrasci vibracija prenose olovkom. Vibracije se mijenjaju ovisno o brzini kojom se olovka pomiče ili koliko pritiska korisnik vrši. Cilj je realno simulirati hrapavost, tvrdoću i sklizavost površina. (Ljubaznošću Heather Culbertson) Dodirne površine omogućuju i vrste iluzija. Na primjer, kaže Culbertson, ako se reproducira zvuk gumba kad se jednom dodirne slika gumba dobije se osjećaj kao da gumb stvarno klikne. Ako se čini da se zaslon deformira pod nečim prstom, može se učiniti mekšim. Ljudi konstruiraju percepciju vežući zajedno vid, zvuk, dodir, ukus i miris - i, kako Culbertson kaže: "Zaista je lako prevariti mozak ako imate neusklađenost između svojih osjetila."
Realni haptici za VR mogu zauvijek biti nezgodni i skupi. Ili tehnologija može s vremenom učiniti Ready Player One izgledom čudnim. U oba slučaja, kao što možemo vidjeti s dječjim koracima, poput prodornog tutnjava kontrolera video igara i beskrajno vibriranja telefona i satova, haptički uređaji su tu da ostanu, dodajući novu dimenziju našem digitalnom životu.
Knovable Magazine je neovisna novinarska nastojanja časopisa Annual Review . 
