Στην ταινία Ready Player One του Steven Spielberg για το 2018, βασισμένη στο βιβλίο του Ernest Cline του 2011, οι άνθρωποι εισέρχονται σε έναν κόσμο εμβάθυντο στην εικονική πραγματικότητα που ονομάζεται OASIS. Αυτό που ήταν το πιο συναρπαστικό για την τεχνολογία φουτουριστικών σε αυτή την sci-fi ταινία δεν ήταν τα γυαλιά VR, τα οποία δεν φαίνονται τόσο μακριά από τα ακουστικά που πωλούνται σήμερα από την Oculus, την HTC και άλλους. Ήταν η δέσμευση μιας αίσθησης πέρα από την όραση και τον ήχο: την αφή.
Οι χαρακτήρες φορούσαν γάντια με ανατροφοδότηση που τους άφηναν να αισθάνονται τα φανταστικά αντικείμενα στα χέρια τους. Θα μπορούσαν να αναβαθμιστούν σε κοστούμια πλήρους σώματος που αναπαράγουν τη δύναμη μιας γροθιάς στο στήθος ή το χαϊδεύω ενός χάδι. Και όμως αυτές οι δυνατότητες, ίσως να μην είναι τόσο μακριά όσο φανταζόμαστε.
Βασιζόμαστε σε επαφή - ή "απτική" - πληροφορίες συνεχώς, με τρόπους που δεν αναγνωρίζουμε ούτε συνειδητά. Νευρώνες στο δέρμα μας, στις αρθρώσεις, στους μυς και στα όργανα μας λένε πώς τοποθετούνται τα σώματά μας, πόσο σφιχτά κρατάμε κάτι, τι είναι ο καιρός ή ότι ένας αγαπημένος δείχνει αγάπη μέσα από μια αγκαλιά. Σε όλο τον κόσμο, οι μηχανικοί εργάζονται τώρα για να δημιουργήσουν ρεαλιστικές αισθήσεις αφής, για βιντεοπαιχνίδια και πολλά άλλα. Η εμπλοκή της επαφής στις αλληλεπιδράσεις ανθρώπου-υπολογιστή θα ενίσχυε τον ρομποτικό έλεγχο, τη φυσική αποκατάσταση, την εκπαίδευση, την πλοήγηση, την επικοινωνία και ακόμη και τις ηλεκτρονικές αγορές.
"Στο παρελθόν, τα haptics ήταν καλοί στο να καταστήσουν τα πράγματα αξιοπρόσεκτα, με δόνηση στο τηλέφωνό σας ή τα παχουλά πακέτα σε ελεγκτές παιχνιδιών", λέει η Heather Culbertson, επιστήμονας υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας. "Αλλά τώρα υπάρχει μια στροφή προς τα πράγματα που αισθάνονται πιο φυσικά, που μιμούνται περισσότερο την αίσθηση των φυσικών υλικών και των φυσικών αλληλεπιδράσεων."
Το μέλλον δεν είναι μόνο φωτεινό, αλλά υφή.
* * *
Οι haptic συσκευές μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις βασικούς τύπους: πιάσιμο, φορετό και αφρώδες. Για πιάσιμο, σκεφτείτε τα χειριστήρια. Μια σαφής εφαρμογή είναι στη λειτουργία των ρομπότ, έτσι ώστε ένας χειριστής να αισθανθεί πόση αντίσταση το ρομπότ πιέζει.
Πάρτε χειρουργικά ρομπότ, τα οποία επιτρέπουν στους γιατρούς να λειτουργούν από την άλλη πλευρά του κόσμου ή να χειρίζονται εργαλεία πολύ μικρά ή σε χώρους πολύ σφιχτά για τα χέρια τους. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι η προσθήκη απτικής ανάδρασης στον έλεγχο αυτών των ρομπότ αυξάνει την ακρίβεια και μειώνει τη βλάβη των ιστών και το χρόνο λειτουργίας. Τα άτομα με απτική ανατροφοδότηση επιτρέπουν επίσης στους γιατρούς να εκπαιδεύονται σε ασθενείς που υπάρχουν μόνο στην εικονική πραγματικότητα, ενώ παράλληλα επιτυγχάνουν την αίσθηση της πραγματικής κοπής και συρραφής. Ένας από τους σπουδαστές του Culbertson αναπτύσσει επί του παρόντος οδοντιατρικούς προσομοιωτές, έτσι ώστε η πρώτη οδοντιατρική φοιτητής να κάνει λάθος γεώτρηση δεν είναι σε πραγματικό δόντι.
Οι μηχανικοί κατασκευάζουν συστήματα για να μεταφέρουν ρεαλιστικές αισθήσεις αφής σε βιντεοπαιχνίδια, ρομποτικούς ελέγχους και πολλά άλλα, με μια σειρά από πιθανές εφαρμογές. (Ευγενική προσφορά του γνωστού περιοδικού) Το να αισθάνεσαι για το τι κάνει το ρομπότ κάτω από την εντολή σου θα ήταν επίσης χρήσιμο για την αποδυνάμωση των βόμβων ή για την εξόρυξη ανθρώπων από καταρρέοντα κτίρια. Ή για την επισκευή ενός δορυφόρου χωρίς να ταιριάζει για ένα διαστημόπλοιο. Ακόμη και η Disney έχει εξετάσει τα απτικά ρομπότ τηλεπαρουσίας, για ασφαλείς αλληλεπιδράσεις ανθρώπου-ρομπότ. Ανέπτυξαν ένα σύστημα που έχει πνευματικούς σωλήνες που συνδέουν τα ρομποτικά χέρια του ανθρωποειδούς με ένα καθρέφτη σύνολο χεριών για να κατανοήσουν οι άνθρωποι. Το άτομο μπορεί να χειριστεί το γυαλί του καθρέφτη για να προκαλέσει στο πρώτο bot να κρατήσει ένα μπαλόνι, να πάρει ένα αυγό ή να πετάξει ένα παιδί στα μάγουλα.
Σε μικρότερη κλίμακα, το εργαστήριο του ρομποτικιστή Jamie Paik στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Lausanne (EPFL) έχει αναπτύξει μια φορητή απτική διεπαφή που ονομάζεται Foldaway. Συσκευές σχετικά με το μέγεθος και το σχήμα ενός τετραγώνου ποτό περιπέτεια έχουν τρία αρθρωτά τα χέρια που αναδύονται, συνάντηση στη μέση. (Ο Stefano Mintchev, ένα postdoc στο εργαστήριο, τους αποκαλεί "μικροσκοπικά ρομπότ origami".) Μια μικρή πλαστική χειρολαβή μπορεί να κολλήσει στην κορυφή όπου συναντιούνται τα χέρια, δημιουργώντας ένα joystick που δρα σε τρεις διαστάσεις - και τα χέρια ωθούν πίσω, ο χρήστης μια αίσθηση των αντικειμένων που πιέζουν ενάντια. Στα demos, η ομάδα χρησιμοποίησε τις συσκευές για να ελέγξει ένα αεροπλάνο, να συμπιέσει εικονικά αντικείμενα και να αισθανθεί το σχήμα της εικονικής ανθρώπινης ανατομίας.
Υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις όσον αφορά την κατανόηση των απτικών που μπορεί να φαίνονται ανυπέρβλητα - για παράδειγμα, πώς παρέχετε την αίσθηση του βάρους κατά την άρση και την άρση βαρών ψηφιακών αντικειμένων; Αλλά με τη μελέτη των νευροεπιστημών, οι μηχανικοί κατάφεραν να βρουν μερικούς τρόπους αντιμετώπισης. Ο Culbertson και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν μια συσκευή που ονομάζεται Grabity για το πρόβλημα βαρύτητας. Είναι ένα είδος μέγγενης που το χειρίζεται και πιέζει για να πάρει εικονικά αντικείμενα. Απλά δονώντας με ορισμένους τρόπους, μπορεί να παράγει την ψευδαίσθηση του βάρους και της αδράνειας.
Αλλά "η απόκρυψη του εγκεφάλου πηγαίνει μόνο μέχρι τώρα", λέει ο Ed Colgate, ένας μηχανικός μηχανικός στο Northwestern University, ο οποίος εργάζεται σε απτικές συσκευές. Είναι μερικές φορές εύκολο να σπάσει τις απτικές αυταπάτες. Κατά την άποψή του, οι μηχανικοί θα πρέπει μακροπρόθεσμα να αναδημιουργήσουν όσο το δυνατόν πιο πιστά τη φυσική του πραγματικού κόσμου - το βάρος και το σύνολο. "Αυτό είναι ένα πολύ δύσκολο πρόβλημα."
Η καταληπτή απτική συσκευή που ονομάζεται Grabity (κάτω) παρέχει την ψευδαίσθηση του βάρους και της αδράνειας για το χειρισμό των εικονικών αντικειμένων. Εδώ μιμείται την αίσθηση ενός μπλοκ (πάνω). (Ευγενική παραχώρηση του εργαστηρίου σχήματος Stanford) Οι συσκευές που μπορούν να συλλάβουν συχνά αξιοποιούν τις αισθήσεις της κιναισθητικής: τα συναισθήματα της κίνησης, της θέσης και της δύναμης που προκαλούνται από τα νεύρα όχι μόνο στο δέρμα μας, αλλά και στους μύες, τους τένοντες και τους αρθρώσεις μας. Οι φορητές συσκευές, από την άλλη πλευρά, συνήθως βασίζονται σε αισθήσεις αφής - πίεση, τριβή ή θερμοκρασία - που προκαλούνται από τα νεύρα στο δέρμα.
Μια ποικιλία πειραματικών συσκευών φοριέται πάνω στο δάχτυλο, πιέζοντας το δάκτυλο με διαφορετικούς βαθμούς δύναμης καθώς αγγίζει αντικείμενα στην εικονική πραγματικότητα. Αλλά μια πρόσφατη συσκευή παρέχει το ίδιο είδος ανατροφοδότησης χωρίς να καλύπτει το δάκτυλο. Αντ 'αυτού, φοριέται όπου κάποιος μπορεί να φορέσει δακτύλιο και περιέχει κινητήρες που τεντώνουν το δέρμα από κάτω. Αυτό κρατά τα δάχτυλα ελεύθερα να αλληλεπιδρούν με αντικείμενα πραγματικού κόσμου ενώ ταυτόχρονα αισθάνεται "εικονικά" - ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό τόσο για παιχνίδια όσο και για σοβαρές εφαρμογές.
Σε μια δοκιμασία, ένα άτομο θα μπορούσε να κρατήσει ένα πραγματικό κομμάτι κιμωλίας και να αισθανθεί την πίεση καθώς "έγραψαν" σε ένα εικονικό τσάι με μια απτική ψευδαίσθηση: καθώς είδαν ταυτόχρονα την κιμωλία να έρχεται σε επαφή με το τραπέζι και να αισθάνεται ότι το δέρμα τους τεντωμένο, σε αίσθηση πίεσης στα χέρια τους.
Συχνότερα, οι φορητές απτικές συσκευές επικοινωνούν μέσω κραδασμών. Το εργαστήριο Culbertson, για παράδειγμα, εργάζεται πάνω σε ένα βραχιολάκι που καθοδηγεί τον φέροντα, δονώντας προς την κατεύθυνση που πρέπει να γυρίσει. Και η NeoSensory, μια εταιρεία που ιδρύθηκε από τον νευροεπιστήμονα Stanford David Eagleman, αναπτύσσει ένα γιλέκο με 32 δονητικές μηχανές που παρουσιάστηκε σε ένα επεισόδιο της επιστημονικής σειράς του HBO Westworld όπου φαινομενικά βοήθησε τους χαρακτήρες να προσδιορίσουν την κατεύθυνση προσέγγισης των εχθρών.
Μια από τις πρώτες πραγματικές εφαρμογές της γιλέκας θα είναι να μεταφράσει τον ήχο σε απτική αίσθηση για να καταστήσει την ομιλούμενη γλώσσα πιο κατανοητή σε άτομα με βαθιά ή πλήρη απώλεια ακοής. Ο Eagleman εργάζεται επίσης για τη μετάφραση πτυχών του οπτικού κόσμου σε δονήσεις για τυφλούς. Άλλες προσπάθειες περιλαμβάνουν πιο αφηρημένες πληροφορίες, όπως τα δεδομένα για την αγορά και το περιβάλλον - αντί για ένα πλέγμα που δείχνει πού τα πράγματα είναι χωρικά, ένα σύνθετο σχέδιο δονήσεων μπορεί να υποδεικνύει τις τιμές μιας ντουζίνας αποθεμάτων.
Αυτή η εικόνα δείχνει το σχεδιασμό ενός μαλακού, εύκαμπτου, σαν δέρμα υλικού που συμμορφώνεται με το σώμα, για φορητές απτικές συσκευές. Οι στρώσεις αισθητήρα και ενεργοποιητή διαχωρίζονται από στρώματα σιλικόνης. Στο στρώμα αισθητήρα, το τιτανικό ζιρκονικό μόλυβδο (PZT) μεταφράζει δύναμη σε ηλεκτρικό φορτίο για ανατροφοδότηση στον υπολογιστή. Το στρώμα ενεργοποιητή περιέχει μικροσκοπικούς θύλακες που μπορούν να γεμίσουν με αέρα πολλές φορές το δευτερόλεπτο για δονητική ανάδραση στον χρήστη. (Προσαρμοσμένη από ΗΑ Sonar et αϊ / Frontiers in Robotics και ΑΙ 2016) Οι δονητικές μηχανές μπορούν να είναι ογκώδεις, έτσι κάποια εργαστήρια αναπτύσσουν πιο άνετες λύσεις. Το εργαστήριο του Paik στην EPFL εργάζεται πάνω σε ένα μαλακό δέρμα ενεργοποιητή (SPA) - ένα φύλλο εύκαμπτης σιλικόνης πάχους μικρότερου από 2 χιλιοστά που είναι διάστικτος με μικρές τσέπες αέρα. Μπορούν να διογκωθούν και να αποπληθωριστούν ανεξάρτητα δεκάδες φορές ανά δευτερόλεπτο και ως εκ τούτου να ενεργούν ως pixels - ή "taxels", για απτικά στοιχεία - δημιουργώντας ένα πλέγμα αίσθησης. Μπορούν να δώσουν συναισθήματα όπως τα κοστούμια που προσφέρονται στο Ready Player One ή η ανατροφοδότηση σχετικά με την τοποθέτηση ρομπότ ή προσθετικών άκρων. Το δέρμα SPA είναι επίσης ενσωματωμένο με αισθητήρες κατασκευασμένους από ένα καινούργιο μεταλλικό κράμα ανθεκτικό στη διάβρωση, το οποίο επιτρέπει την χρήση του ίδιου δέρματος για είσοδο υπολογιστή όταν ο χρήστης τον πιέζει.
Μια ακόμη λεπτότερη απτική μεμβράνη - πάχους μικρότερη από μισό χιλιοστόμετρο - βρίσκεται επίσης στην έξοδο, που δημιουργήθηκε από την Novasentis και κατασκευάστηκε από μια νέα μορφή πλαστικού από πολυβινυλιδενοφθόριο που εξισορροπεί τη δύναμη, την ευκαμψία και την ηλεκτρική απόκριση. Όταν η μεμβράνη είναι στρωμένη στη μία πλευρά ενός φύλλου εύκαμπτου υλικού και εφαρμόζεται ηλεκτρικό φορτίο, η μεμβράνη συστέλλει και κάμπτεται το φύλλο, ασκώντας πίεση επί του δέρματος. Η Novasentis παρέχει τώρα το υλικό στους κατασκευαστές συσκευών που το βάζουν σε γάντια για εικονική πραγματικότητα και τυχερά παιχνίδια.
"Μπορείτε να διακρίνετε μεταξύ νερού και άμμου και βράχου", λέει ο Sri Peruvemba, αντιπρόεδρος μάρκετινγκ της εταιρείας. Οι σχεδιαστές της VR θα μπορούσαν επίσης να δημιουργήσουν πιο αφηρημένες παραστάσεις, όπως τα μηνύματα που έδιναν τα αισθήματα σχετικά με την κατάσταση ενός παιχνιδιού. "Μπορούμε να δημιουργήσουμε μια ολόκληρη απτική γλώσσα με την τεχνολογία μας", λέει η Peruvemba.
Οι κραδασμοί μπορούν να παράγουν ένα άλλο είδος απτικής ψευδαίσθησης: την αίσθηση του τράβηγμα. Αν μια συσκευή που δονείται παλινδρομικά παράλληλα με την επιφάνεια του δέρματος κινείται γρήγορα προς μία κατεύθυνση και αργά πίσω με τον άλλο τρόπο, πολλές φορές το δευτερόλεπτο, αισθάνεται σαν να τραβά το δέρμα προς την πρώτη κατεύθυνση.
Ενώ οι περισσότεροι φορητοί χρησιμοποιούν την αίσθηση της αφής, μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν την είσοδο της μυϊκής αρθρώσεως της κινητικής αίσθησης. Οι μηχανικοί έχουν αναπτύξει ρομποτικά εξωσκληρυνόμενα, ένα είδος ικριώματος κολλημένο στο σώμα με αισθητήρες και κινητήρες, που μπορούν να βοηθήσουν τους παράλυτους ανθρώπους να περπατήσουν, να δώσουν σούπερ δύναμη στους στρατιώτες και να αφήσουν τους ανθρώπους να ελέγχουν τα ρομπότ σε απόσταση. Ένα εργαστήριο στην EPFL έχει αναπτύξει το FlyJacket, το οποίο φοριέται με τα χέρια ευθεία προς τα πλάγια, που συνδέονται με έμβολα στη μέση. Δεν μοιάζει ιδιαίτερα μύγα, αλλά επιτρέπει στους ανθρώπους να ελέγχουν την πτήση των αεροσκαφών, μετακινώντας τα χέρια τους και στρίβοντας τους κορμούς τους. Όταν το κρουαζιερόπλοιο αισθάνεται μια ροή ανέμου, το κάνετε και εγώ.
Η τελευταία κατηγορία συσκευών είναι αφής διεπαφές, όπως οι οθόνες smartphone που δίνουν ένα μικρό χτύπημα όταν κάνετε κλικ σε μια εφαρμογή. Το έργο του Culbertson σπρώχνει πέρα από τα απλά χτυπήματα και τα buzzes. Εκτός από τη σύνταξη περίπλοκων αλγορίθμων ή μοντέλων φυσικής για τη δημιουργία δονήσεων που προσομοιώνουν πραγματικές, καταγράφει τι συμβαίνει όταν κάτι σύρεται πάνω σε διαφορετικά υφάσματα ή άλλα υλικά με διαφορετικές ταχύτητες και πιέσεις. Έπειτα, έχει μια επιφάνεια που παίζει πίσω τις δονήσεις όταν στυφτεί μια στυλό. Οι εφαρμογές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν ηλεκτρονικές αγορές και εικονικά μουσεία.
Μια απτική συσκευή αφής επιτρέπει στον χρήστη να «αισθάνεται» διαφορετικές υφές ανάλογα με το ποια μοντέλα δονήσεων μεταδίδονται μέσω του στυλό. Οι δονήσεις αλλάζουν ανάλογα με την ταχύτητα με την οποία κινείται η πένα ή με πόση πίεση ασκεί ο χρήστης. Ο στόχος είναι η ρεαλιστική προσομοίωση της τραχύτητας, της σκληρότητας και της ολίσθησης των επιφανειών. (Ευγενική παραχώρηση της Heather Culbertson) Οι αφής επιφάνειες επιτρέπουν επίσης και τύπους ψευδαισθήσεων. Για παράδειγμα, λέει ο Culbertson, αναπαράγοντας τον ήχο ενός κουμπιού κάνοντας κλικ πατώντας μια εικόνα ενός κουμπιού, το κάνει να αισθάνεται σαν να κάνει κλικ στο κουμπί. Ή η εμφάνιση της οθόνης να παραμορφώνεται κάτω από το δάκτυλό σας μπορεί να σας κάνει να αισθάνεστε πιο μαλακά. Οι άνθρωποι κατασκευάζουν αντίληψη συνδυάζοντας την όραση, τον ήχο, την αφή, την γεύση και την οσμή - και, όπως λέει ο Culbertson: "Είναι πολύ εύκολο να ξεγελάσεις το μυαλό σου αν έχεις αναντιστοιχία ανάμεσα στις αισθήσεις σου".
Τα ρεαλιστικά απτικά για το VR μπορεί να είναι για πάντα ανεπτυγμένα και ακριβά. Ή η τεχνολογία μπορεί τελικά να κάνει το Ready Player One να είναι περίεργο. Και στις δύο περιπτώσεις, όπως μπορούμε να δούμε με τα βήματα του μωρού, όπως η διαδεδομένη συρρίκνωση των ελεγκτών παιχνιδιών βίντεο και τα ατέρμονα δονητικά τηλέφωνα και ρολόγια, οι απτικές συσκευές είναι εδώ για να μείνουν, προσθέτοντας μια νέα διάσταση στην ψηφιακή μας ζωή.
Το γνωστό περιοδικό είναι μια ανεξάρτητη δημοσιογραφική προσπάθεια από τις ετήσιες αναθεωρήσεις. 
