211service.com
The Cut Edge of Haptics
Forskere har fundet en måde at narre kroppens sanser til at tro, at en flad overflade faktisk er skarp eller spids. Deres resultater vil blive præsenteret i næste måned på IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication i Hatfield, England.
Denne nye berøringsgrænseflade ser ud til at vise, at det er muligt at narre vores følesans til at føle meget fine og detaljerede trykfornemmelser uden at presse ned mod huden. En virtuel knivsæg kunne give en ekstra følelse af realisme til berøringsbaserede haptiske systemer, såsom dem, der bruges i kirurgiske simulatorer.
Målet med dette felt af berøringsteknologi, som ofte kaldes haptics, er at være i stand til at simulere enhver form, tekstur eller fornemmelse, siger Gabriel Robles-De-La-Torre , en neurovidenskabsmand og computeringeniør baseret i Mexico City, som grundlagde International Society for Haptics og ledede forskningen. Det er et vigtigt skridt i retning af at udvikle haptiske skærme, siger han.
Styrke O'Modhrain , en ekspert i haptik tidligere ved Queen's University of Belfast, Nordirland, er enig. Hun siger, at arbejdet skal få haptik til at føles mere realistisk. Det er en måde at forbedre den perceptuelle kvalitet af gengivelsen af overflader.
Selvom det teoretisk set kan være muligt at designe en maskine, der kunne ændre dens faktiske tekstur og form for at simulere en bred vifte af former og teksturer, ville en sådan mekanisme være uigennemførlig kompleks og stor. I stedet har forskere som Robles-De-La-Torre udforsket måder at udnytte vores sansesystems evne til at blive bedraget.
Det er bare en måde at drage fordel af menneskelig opfattelse, siger Vincent Hayward , en elektrisk og computeringeniør, der arbejder med haptik ved McGill University i Montreal. Det minder lidt om den illusion, vi oplever, når vores øjne opfatter en bred vifte af farver på en videoskærm, selvom billedet kun består af tre forskellige farvede pixels, siger han.
Med haptik skabes illusionen med påførte kræfter. Typisk, når nogen bevæger sin finger over en skarp eller spids kant, påføres både lodrette og laterale kræfter på huden, siger Robles-De-La-Torre. Men han fandt ud af, at hjernen kunne narre til at tro, at den bliver stukket ved blot at anvende laterale kræfter.
For at skabe denne illusion af skarphed brugte Robles-De-La-Torre, i samarbejde med Carlo Alberto Avizzano og kolleger på Scuola Superiore Sant'Anna i Pisa, Italien, en haptisk grænseflade kaldet GRAB, som består af et fingerbøl forbundet til enden af en motoriseret, forlængelig arm. En bruger er i stand til at bevæge fingerbølet frit, når han placerer pegefingeren i det. Derefter giver omhyggeligt kontrollerede motorer force feedback, så fingerbølens bevægelse hæmmes på måder, der skaber virtuelle overflader.
Ved at sætte systemet op, så forsøgspersoner kun kan bevæge deres finger langs én akse, fra venstre mod højre, var forskerne i stand til at få folk til at føle, at de kørte en finger over en række forskellige skarpe og spidse kanter, blot ved at anvende lateral modstand mod deres bevægelse. Fornemmelsen var så overbevisende, at motiverne endda var i stand til at matche kanternes former til billeder af dem, såsom en savetand eller en pukkel med en spids spids.
Robles-De-La-Torre mener, at denne illusion opstår på grund af en afvejning, der eksisterer mellem forskellige typer sanseinformation. Specifikt, når vi udforsker objekter, der indeholder små detaljer, er kraftinformationen vigtigere end proprioception, den sensoriske information, der kommer fra vores muskler og hud for at fortælle vores kroppe, hvor langt en finger eller lem har bevæget sig. Som et resultat kan vi føle, at vores finger faktisk bevæger sig, når den kører op ad en af disse skarpe kanter, hvis de ikke er for store, siger han.
Queen's O'Modhrain siger, at der er blevet gjort meget arbejde med at gengive enten store geometriske former ved hjælp af force feedback eller finkornede overflader ved hjælp af vibrerende hudaktuatorer. Men hun siger, at dette nylige arbejde viser, at det burde være muligt at gengive overflader, der ligger mellem disse to yderpunkter uden at skulle lægge pres på huden.
Det kan endda være muligt at simulere følelsen af smerte, der kan ledsage en skarp genstand, siger Robles-De-La-Torre, fordi den korte puls af lateral kraft, der stimulerer skarphedsfornemmelsen, også kan stimulere hudreceptorer, der normalt er forbundet med smerte. Men for at bevise denne hypotese er der brug for flere tests. Smerte er et komplekst fænomen, siger han.