Dotyk jako medium informacji

© Festo

Udostępnij:

 

Technologia haptyczna wykorzystuje zmysł dotyku do komunikacji z użytkownikiem. Najprostszym jej przykładem są smartfony, które wibrują po naciśnięciu przycisku. W ten sposób urządzenie przekazuje informację, że zarejestrowało naszą komendę. Ten prosty schemat działania – odpowiedź na bodziec dotykowy – występuje w każdej technologii haptycznej.

Schemat ten znany jest również z kontrolerów gier komputerowych (joysticków lub padów). Znacznie istotniejszym przykładem zastosowania bardzo podobnego rozwiązania są współczesne systemy sterowania samolotami, w których drążki sterownicze nie mają bezpośredniego mechanicznego przełożenia na maszynę. W takich samolotach opory sterowania związane z ostrymi manewrami są odtwarzane elektronicznie. Dzięki temu pilot otrzymuje wiadomość o niebezpieczeństwie destabilizacji lotu w postaci bodźca mechanicznego. To ważne, ponieważ dotyk jako jedyny ze zmysłów pozwala jednocześnie odbierać i reagować na bodziec: zapewnia to szybką reakcję i bardzo efektywny przekaz informacji. Przykładem takiego skutecznego działania mogą być linie drogowe o fakturze groszkowej: często stosowane jako ciągłe linie boczne na autostradach. Ich faktura sprawia, że po najechaniu na nie wytwarzają się wibracje, które kierowca momentalnie wyczuwa (słyszy również charakterystyczny dźwięk). Ten przykład dowodzi, że technologie haptyczne to nie tylko elektronika, ale również odpowiednie materiały komunikujące się z nami za pomocą faktury przedmiotów.



W medycynie i przemyśle
Głównym motorem rozwoju technologii haptycznych jest medycyna. W chirurgii technologia ta umożliwiłaby zdalne wykonywanie operacji za pomocą robotów sterowanych haptycznie. W ten sposób specjaliści mogliby wykonywać operacje na odległość – sterując robotem, który odtwarzałby ruchy na pacjencie, a lekarzowi przesyłał natychmiastowy bodziec dotykowy. Ponadto studenci mogliby się uczyć na haptycznych symulatorach operacji.

Haptyka rozwija się również w przemyśle, chociaż nie tak prężnie jak w medycynie. Przy projektowaniu wykorzystuje się wirtualne środowiska do symulowania procesu montażu i oceny prototypów. Dobry przykład stanowi haptyczna taśma, która odtwarza kształty bez konieczności konstruowania prototypów. Kontroluje ją serwomechanizm, który odpowiada na dotyk projektanta, obrazując kształt wybranej powierzchni modelu CAD. Inne rozwiązanie to urządzenia do wirtualnego rzeźbienia powierzchni. Za pomocą takiego urządzenia (rodzaju „dłuta”) projektanci mogą poczuć kształt powierzchni trójwymiarowego modelu zapisanego w formacie elektronicznym. Dłuto działa na zasadzie siłowników imitujących odpowiedź materiału na dotyk projektanta.

Technologia haptyczna wspiera na razie proces projektowania, ale w przyszłości będzie pomagać również pracownikom przemysłowym. ExoHand („egzoręka”) opracowana przez Festo – czyli egzoszkielet, który nosi się jak rękawiczkę – pokazuje, jak potężna może być ścisła współpraca człowieka z systemami mechatronicznymi. Palce operatora korzystającego z egzoszkieletu mają pełną zdolność ruchu, a ich siła jest znacznie wzmocniona mechanicznie: ruchy ręki są rejestrowane i przekazywane na bieżąco do maszyny. Egzoręka ma wszystkie główne stopnie swobody ludzkiej ręki, dlatego może wspierać człowieka przy chwytaniu i manipulowaniu przedmiotami. Poprawia znacznie siłę i wytrzymałość operatora. Konstrukcja urządzenia oferuje także możliwość pracy zdalnej: po wyposażeniu egzoszkieletu w sztuczną silikonową rękę może on odtwarzać na bieżąco ruchy wykonywane przez operatora sterującego drugą egzoręką. Podczas pracy zdalnej urządzenie działa zarówno jako interfejs, jak i wykonawca. Operator wyposażony w „egzorękę-interfejs” steruje wykonawcą umieszczonym gdzieś dalej, przykładowo w niebezpiecznym otoczeniu. Dzięki sprzężeniu zwrotnemu operator ma poczucie kształtu odległego przedmiotu, z którym pracuje „wykonawca”. Egzoręka – jako narzędzie do treningu – przyda się również pacjentom po wylewach, którzy uczą się ruchów na nowo.



Haptyczne wyświetlacze i okulary
Możliwości przekazywania informacji przez dotyk wykorzystują również producenci z branży motoryzacyjnej. Continental rok temu zaprezentował haptyczny wyświetlacz dotykowy do zastosowania w samochodach. Przyciśnięcie klawisza na ekranie powoduje odpowiedź w postaci skoku klawisza. Dzięki temu kierowca wie od razu, czy urządzenie odpowiedziało na jego komendę. Rozwiązanie nie opiera się na wibracjach: ekran rzeczywiście impulsowo się ugina. Umożliwiają to siłowniki składające się z dwóch zwojów elektromagnetycznych, które pełnią dwie funkcje: mierzą siłę nacisku na ekran oraz wytwarzają odkształcenie powierzchni. Nie widać go gołym okiem (skok wynosi ok. 0,1 mm), ale ponieważ jest realizowane z dużym przyspieszeniem, użytkownik wyraźnie je wyczuwa. Oprócz wrażenia wciskania ekran wytwarza wirtualny relief: podczas przesuwania palcem po ekranie daje poczucie, które wirtualne klawisze można wcisnąć.

Haptyczne wyświetlacze już trafiły na rynek, zaś nad innymi rozwiązaniami trwają intensywne badania. Inżynierowie z General Motors pracują nad haptyczną alternatywą dla standardowego systemu GPS. „Haptyczne okulary” wyposażono w wibrujące moduły wskazujące, w którą stronę i kiedy kierowca ma skręcić. Przetestowano je na grupie doświadczonych kierowców. Mieli oni przejechać trzy trasy w symulatorze, za każdym razem korzystając z innego systemu komunikatów GPS: wizualnego, wizualnego z dźwiękiem i wizualnego z haptyką. Okazało się, że ogólne obciążenie umysłu kierowców było najmniejsze w przypadku systemu wykorzystującego hatpyczny prototyp. Kierowcy preferują to rozwiązanie, ponieważ nie muszą odrywać oczu od drogi ani przerywać rozmowy lub słuchania muzyki, by odebrać wskazówki jazdy.

Jaka jest przyszłość technologii haptycznej? Naukowcy z Uniwersytetu z Sussex wytworzyli wrażenie dotyku dłoni za pomocą punktowego urządzenia emitującego fale ultradźwiękowe. Skin Haptics, jak nazwali swój wynalazek, umieszczony pod dłonią potrafi sprawić, że osoba w niego wyposażona odczuwa dotyk w konkretnej części powierzchni dłoni. Technologia ta ma otworzyć drogę do budowy wyświetlaczy na ręce (tzw. haptycznego interfejsu). Dotychczasowe pomysły wymagały stałego kontaktu z ręką, np. były oparte na wibracjach, które jednak zakłócają wyświetlanie obrazu. Skin Haptics przesyła sygnał z zewnętrzej strony ręki, pozostawiając wolne wnętrze dłoni jako ekran. Pozwoli na odczuwanie odpowiedzi urządzenia, kiedy użytkownik będzie wykonywał działania na dłoni-ekranie. Technika ta przypomina fale na wodzie, które – dobijając do brzegu – są coraz bardziej „skupione”. Wynalazek wpisuje się w nurt „elektroniki do ubierania”. Według twórców Skin Haptics miniaturyzacja urządzeń będzie postępować, a w związku z tym zmniejszy się też powierzchnia wyświetlania. Rodzi to potrzebę nowych kanałów przekazywania informacji: haptyka ma być jednym z nich. Jest całkiem prawdopodobne, że znaczenie technologii haptycznych wzrośnie w przyszłości – żaden zmysł nie daje tak dużych możliwości jak dotyk, jeśli chodzi o szybkość i intuicyjność odbierania przekazywanych bodźców. 

Udostępnij:

Drukuj



Przemysław Juda




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również