Pratique: comment les technologies haptiques apporteront le contact à la réalité virtuelle

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Presque tous les impressionnant Pourquoi la technologie de réalité virtuelle vous épatera dans 5 ansL'avenir de la réalité virtuelle comprend le suivi de la tête, des yeux et des expressions, le toucher simulé et bien plus encore. Ces technologies incroyables seront à votre disposition dans 5 ans ou moins. Lire la suite À ce jour, le travail de réalité virtuelle n'a porté que sur deux sens: votre vue et votre audition. C’est un excellent début et qui permettra à expériences puissantes La VR est sur le point de changer le cinéma pour toujours: voici commentLa réalité virtuelle est une nouvelle façon de communiquer avec votre spectateur, et de nombreuses personnes ayant une formation en cinéma traditionnel trouvent les possibilités excitantes. Lire la suite , mais il est incomplet. Pour immerger complètement les utilisateurs dans des environnements de réalité virtuelle interactifs, il va falloir créer des périphériques qui mobilisent pleinement votre sens du toucher.

Malheureusement, le toucher est un sens beaucoup plus difficile à tromper que la vision. Avec la vision, tout le matériel doit faire est d'interrompre les signaux voyageant vers les yeux. La peau, en revanche, couvre environ deux mètres carrés de votre corps et articule des interactions bidirectionnelles complexes avec le monde.

C'est l'organe que la technologie haptique essaie de tromper, et c'est difficile. Il y a un certain nombre de périphériques La prochaine étape de la réalité virtuelle en immersion - Razer Hydra & The OmniMaintenant que l'Oculus Rift est entre les mains de développeurs et de passionnés (lire mon examen approfondi de l'Oculus Rift), les travaux sur la version grand public sont bien avancés. De nouveaux jeux sont en cours de développement, existants ... Lire la suite qui existent pour aider à construire l'immersion, mais aucune disponible actuellement ne fournit des expériences haptiques vraiment convaincantes.

Le problème est aggravé parce que la stimulation cutanée n'a pas la longue histoire de recherche que font les écrans optiques. La première utilisation d'un écran de numérisation pour recréer une image remonte à 1907, et il a fallu des chercheurs et des ingénieurs près d'un siècle complet pour obtenir des écrans de petite taille et suffisamment précis pour offrir une bonne expérience de réalité virtuelle. Le voyage équivalent, pour le toucher, ne fait que commencer.

Dans cet article, nous allons explorer certaines technologies en développement aujourd'hui qui peuvent fournir un certain sens du toucher aux utilisateurs VR. J'ai classé les technologies en fonction de la qualité de l'expérience qu'elles peuvent offrir et de la quantité de travail nécessaire avant de pouvoir les commercialiser.

Gronder

Un moyen simple de fournir un retour de force rudimentaire est l'utilisation de moteurs vibrants simples, du type de ceux trouvés dans les packs de grondements des contrôleurs de jeux vidéo modernes. Celles-ci prennent une nouvelle dimension en VR, car elles sont capables d'associer des fréquences et des intensités de vibration spécifiques aux limites des objets virtuels.

Les utilisateurs peuvent ressentir un petit blip lorsqu'ils touchent un objet ou un élément d'interface utilisateur, et une impulsion plus forte lorsqu'ils l'activent (semblable au retour de force sur les écrans de smartphones modernes).

Ce type de rétroaction pourrait également être utilisé pour transmettre la texture des surfaces. Avec une unité de retour de force sur chaque doigt, comme dans le cas du Glove1, cette technologie pourrait être utile pour naviguer dans les interfaces virtuelles les yeux fermés. Cela dit, cette technologie offre une approche très spartiate et fonctionnelle du toucher, et ne sera jamais un constructeur d'immersion.

Haptics de cisaillement de peau

La technologie du cisaillement de la peau est basée sur un fait surprenant concernant notre sens du toucher, à savoir que nous jugeons principalement la pression légère et non douloureuse par le degré de glissement de notre peau (quelque chose que vous pouvez facilement tester en touchant doucement une tache sur votre peau et en faisant glisser votre doigt.

À mesure que la peau s'étire, la sensation de pression augmente. C'est pratique, car le cisaillement de la peau est quelque chose qu'il est facile de reproduire mécaniquement et qui peut fournir l'illusion d'une pression soutenue, ce qui n'est pas possible avec une simple vibration moteur.

À l'heure actuelle, la mise en œuvre la plus avancée de cette technologie est le contrôleur Tactical Haptics, qui se connecte au système de contrôle de mouvement STEM et fournit retour de pression brutal en réponse à des interactions virtuelles comme le recul du pistolet, le déplacement d'une baguette à travers un matériau et le balancement d'un poids virtuel sur un virtuel chaîne.

Les résultats sont étonnamment convaincants pour la simplicité du mécanisme. Il est facile d’imaginer construire un gant qui fournisse ce type de rétroaction avec plus de précision, permettant les objets à avoir de la densité, sinon de la solidité: les objets peuvent se sentir durs, ils ne pourront tout simplement pas arrêter le mouvement du la main de l'utilisateur.

Il s'agit d'une amélioration majeure, même si elle présente les mêmes limites qu'un simple grondement - la technologie pure de la peau peut tromper le sens du toucher, mais cela ne peut pas tromper la proprioception (le sens intuitif de l'endroit où se trouvent vos membres et comment ils se trouvent) en mouvement). Même si la peau de l'utilisateur leur dit qu'ils ont touché quelque chose de solide, leurs muscles savent que leur main se déplace avec fluidité à travers.

Armatures robotiques

C'est la partie où tout commence à devenir un peu bizarre. Disons que la technologie doit être en mesure d'empêcher les utilisateurs de pousser leurs mains à travers des objets, pour créer une illusion de solidité plus convaincante. Cela signifie que vous devez exercer une force sur le membre à partir d'un cadre de référence externe.

La façon la plus simple d'y parvenir est d'utiliser la robotique, qui s'attache soit à votre corps soit au sol, empêchant son mouvement en dehors des limites de la géométrie virtuelle.

Pour juste un coup de main (permettant à l'utilisateur de saisir et de ressentir la solidité des objets virtuels, cela ressemble à ceci.

Un peu effrayant, non? Eh bien, il y a beaucoup de choses que les gants ne peuvent toujours pas faire. Et si l'objet que vous touchez est lourd? Et si c'est quelque chose de solide, comme un mur, qui doit résister aux mouvements des épaules et des coudes, ainsi qu'au poignet et aux doigts? Eh bien, alors vous avez besoin de quelque chose comme ça:

Le site Web de cyberglove n'énumère pas de prix pour l'appareil dans la vidéo ci-dessus, mais d'autres systèmes comme celui-ci se chiffrent en centaines de milliers de dollars. Cela s'explique en partie par le fait que seules quelques organisations industrielles et militaires achètent réellement ces appareils (et en très petit nombre), ce qui fait augmenter le prix.

L'autre partie est que ce sont des pièces d'équipement vraiment impressionnantes sur le plan technique. Considérez ce qui est nécessaire pour fournir une expérience de rétroaction haptique convaincante en touchant un objet solide. Si l'utilisateur pose sa main contre un mur virtuel et pousse, le système doit détecter le mouvement, consulter la simulation pour déterminer qu'il touchent un objet solide, puis déplacent physiquement (et avec fluidité) l'armature pour résister au mouvement et ramener la main de l'utilisateur à sa position d'origine.

Tout cela doit être accompli avant que le cerveau puisse enregistrer que le mouvement a commencé. C’est un énorme défi technique, et même le meilleur matériel d’aujourd’hui ne l’atteint pas parfaitement.

L'autre limitation ici, en dehors des difficultés à ramener les coûts de fabrication à un niveau acceptable, est de rendre la technologie pratique. Vous attacher littéralement dans une armature mécanique élaborée et puissante a des barrières psychologiques substantielles qui lui sont associées. Il est douteux que les utilisateurs soient prêts à supporter régulièrement ce type d’inconvénients, même si la technologie est suffisamment sophistiquée pour offrir une bonne expérience.

Le plus proche de cette technologie a été déployée au niveau des consommateurs est sous la forme de des appareils comme Touchez quelque chose qui n'est pas là - Haptic Technology [MakeUseOf Explains]Haptics est la technologie du toucher. Dans le contexte d'un environnement virtuel, cela signifierait pouvoir toucher et ressentir quelque chose qui n'est littéralement pas là, mais ce n'est certainement pas sa seule utilisation. De... Lire la suite le Novint Falcon. Le Falcon n'est pas un appareil de réalité virtuelle en tant que tel, étant donné que son espace de travail est une sphère de seulement quelques pouces de diamètre - qui dit, il fournit une rétroaction de force à trois axes de haute précision et est le seul appareil à un prix de consommation alors.

Novint travaille depuis un certain temps sur un exosquelette basé sur un bras appelé Xio, bien que ce projet semble pour l'instant dans les limbes, à la suite des problèmes financiers de l'entreprise.

Potentiellement, ces types d’armatures pourraient être rendus plus simples et moins chers en utilisant des polymères électroactifs - des «muscles» artificiels en plastique qui se contracte en réponse au courant électrique et sont généralement moins chers et plus compacts que les moteurs linéaires équivalents.

Retour acoustique

Une approche entièrement indépendante du problème consiste à utiliser des grilles échographiques échelonnées pour créer les modèles d'interférence dans l'air, qui sont enregistrés par la peau comme solides, et peuvent fournir la résistance. La technologie peut être utilisée pour projeter des objets 3D virtuels dans l'air que les utilisateurs peuvent toucher, les nœuds d'ondes de pression entrecroisées produisant une véritable force sur les mains de l'utilisateur.

À première vue, cela pourrait sembler être la solution miracle pour la rétroaction haptique VR. Malheureusement, il existe certaines limitations. La résolution est limitée par la réponse en fréquence des haut-parleurs, ainsi que le nombre d'entre eux: pouvoir couvrir une grande zone spatiale n'est pas nécessairement pratique.

Plus important encore, il y a une «fuite» substantielle - l'énergie acoustique forme des nœuds et des demi-nœuds dans l'espace autour duquel des motifs intentionnels sont créés (quelque chose que vous pouvez voir dans l'huile). Les pressions produites par ce système sont très faibles: tenter de les étendre à des volumes pouvant exercer de multiples livres de pression sur votre corps impliqueraient une énorme quantité d'énergie et pourraient être physiquement dangereux pour utilisateurs.

Stimulation nerveuse

Enfin, nous allons prendre un moment pour aborder une technologie plus spéculative. Une façon (pour certaines personnes de dire que c'est la manière ultime) de s'engager avec le sens du toucher est de stimuler directement les nerfs des bras, de la colonne vertébrale ou du cerveau de l'utilisateur. En faisant cela, il est possible de tromper le toucher, la proprioception, les neuf mètres entiers - y compris les sensations comme la température qui pourraient être difficiles à obtenir avec un costume ou une armature robotique. Potentiellement, les scientifiques pourraient faire tout cela sans avoir besoin des combinaisons de robots encombrantes ou des grilles acoustiques progressives.

Il y a déjà eu un travail sur ce front dans le domaine des membres prothétiques, en touchant directement dans les nerfs sectionnés pour renvoyer les signaux des capteurs dans la prothèse, pour créer un sens synthétique de toucher.

La stimulation cérébrale peut fournir une rétroaction similaire. Le problème fondamental avec ces types de technologies est qu'elles nécessitent une chirurgie assez invasive pour pouvoir installer les interfaces nerveuses - une chirurgie qui est inacceptable pour les personnes en bonne santé. Ils sont également assez grossiers et à grain grossier, en termes de précision de la rétroaction.

Pour que ceux-ci soient pratiques en tant que paradigme d'interface haptique, vous devez vraiment être en mesure d'obtenir la résolution de l'interface d'électrode beaucoup plus fine et réduire le caractère invasif de la procédure. Il existe ici quelques approches, allant de nanotechnolog Comment la nanotechnologie change l'avenir de la médecineLe potentiel de la nanotechnologie est sans précédent. Les véritables assembleurs universels inaugureront un changement profond de la condition humaine. Bien sûr, il reste encore beaucoup à faire. Lire la suite y à optogénétique Contrôle du cerveau avec la lumière: c'est possible avec l'optogénétiqueAu cours des dernières années, une nouvelle technique appelée «optogénétique» est en train d'émerger, qui pourrait aider les scientifiques à percer les secrets du cerveau (et à traiter ses troubles) d'une manière entièrement nouvelle. Lire la suite , mais il semble sûr de dire que des percées majeures sont peu probables au cours des prochaines années.

L'avenir du toucher

La réalité virtuelle n'en est encore qu'à ses débuts, et il n'y a pas encore une large demande des consommateurs pour les interfaces haptiques - mais il y en aura. L'énorme ruée vers l'or de l'innovation en réalité virtuelle ne fait que commencer, et nous verrons probablement toutes ces techniques considérablement améliorées dans les années à venir.

Cela dit, aucune des technologies actuelles ne semble parfaite. Tous présentent au moins un inconvénient sérieux, soit en termes de qualité de sensation qu'ils peuvent procurer, soit de barrières à leur utilisation. Il est tout à fait possible que la solution "parfaite" à l'entrée VR n'ait pas encore été inventée. Si tel est le cas, je suis impatient de voir ce que les développeurs proposeront ensuite.

Êtes-vous enthousiasmé par les interfaces haptiques VR? Y a-t-il un produit ou une technologie passionnante que nous n'avons pas abordé ici? Faites le nous savoir dans les commentaires!

Crédits image: Prise à main Via Shutterstock