Интерактив

Трогательные пиксели. Осязание с помощью технологий

Казалось бы, фильм Спилберга «Последнему игроку приготовиться» — просто научная фантастика. Но в XIX веке писатели и ученые фантазировали на тему телеграфных устройств в каждом доме, благодаря которым люди могли бы общаться. Сегодня у этого есть название — интернет. Возможно, через какое-то время костюм, передающий тактильные ощущения из виртуальной реальности, станет обычным делом. Screenlifer разобрался, как с помощью технологий передать касание.

Потрогать виртуальный лед

Хептика — это направление в технологиях виртуальной реальности, которые позволят передавать тактильные ощущения. Практически мы все уже знакомы с хептикой, ведь вибрация телефона тоже передает тактильные ощущения.

Первыми людьми, испытавшими на себе тактильные технологии, стали пилоты. Они обучались на авиатренажерах со встроенными сервомеханизмами, которые, в зависимости от действий пилота, заставляли тренировочную кабину вибрировать или наклоняться.

В 1976 году Sega начала использовать эту технологию в своих аркадах. Первой игрой была Fonz — симулятор гонок на мотоцикле. При столкновении с препятствиями или транспортными средствами, игрок ощущал вибрацию руля. После этого вибрация появилась в других симуляторах вождения, а позже и в автоматах со стрельбой. Сегодня эта технология присутствует в джойстиках игровых приставок вроде Playstation.

Произвести революцию в тактильном ощущении происходящего на экране взялась американская компания Novint Technologies.

Главный ее продукт — игровой 3D-контроллер Falcon. Он может имитировать отдачу пистолета, ощущение удара в гольф, удара машины или броска футбольного мяча. Впервые люди могут быть персонажем и чувствовать то, что чувствует он, а не просто нажимать кнопки для управления. Если вы возьмете в игре книгу или стакан, благодаря Falcon вы можете почувствовать их вес.

Falcon переводится как сокол. Сокол — хищник, который охотится на мышей. И это отвечает целям создания контроллера: он призван «уничтожить» компьютерную мышь в видеоиграх и других приложениях. Перед ней у «сокола» есть преимущество: в отличие от ее двухмерного перемещения (вправо-влево, вперед-назад), Falcon может двигаться еще и вниз-вверх, то есть в трех измерениях. Датчики устройства отслеживают положение рукоятки с точностью до миллиметра, а двигатели могут обновляться до 1000 раз в секунду, обеспечивая реалистичное ощущение прикосновения. Именно двигатели создают нужное сопротивление, которое воспринимается как вес виртуальных предметов и дает ощущение их твердости.
Эта штука из будущего доступна всем, у кого есть 500 долларов. Купив ее, вы получите не только контроллер, но и электронный учебник и 24 мини-игры. Учебник познакомит вас с возможностями технологии. Вы сможете выбрать разные текстуры и «потрогать» их: лед скользкий — прикасаясь к нему виртуальная рука будет легко скользить, а вот наждачная бумага грубая — «руке» скользить будет труднее.

Falcon придется по вкусу фанатам Half Life: в Haptics Life 2, моде к игре, управление мышью было заменено на управление 3D-контроллером. В результате игрок ощутит отдачу оружия, вес переносимых предметов, а также ускорения персонажа. С июня 2009 года компания Valve добавила поддержку Falcon в свои игры: Half-Life 2: Episode One, Half-Life 2: Episode Two, Portal и Team Fortress 2.

Не только играть, но и спасать

Благодаря научным разработкам выдумки фантастов становятся реальностью. Одна из таких выдумок, показанных в фильме «Аватар» — перенос сознания из человеческого тела в тело жителя планеты Пандора. В земных реалиях аналогичная технология выглядит не так впечатляюще, однако потенциал большой — мы можем управлять роботами.

Falcon может быть использован в медицине. Хирургия зачастую требует настолько тонких манипуляций, что хирурги используют роботов, управляя ими на расстоянии. Такие механизмы стоят десятки тысяч долларов. Falcon же в разы дешевле, что, в свою очередь, может снизить стоимость сложных операций.

Благодаря технологии компании Novint, хирурги получат возможность буквально ощущать инструменты, которыми управляют с помощью роботизированной руки. Контроллер способен симулировать тактильные ощущения хирургических инструментов, что повышает точность выполнения задач.

Однако технология полезна не только для практикующих врачей, но и для студентов, а также медиков, повышающих квалификацию. По словам Андрея Павленко, онкохирурга, который сам боролся с раком желудка, а впоследствии основал Школу практической онкологии и Canсer Fund, у российских хирургов острая нехватка практики. Она связана с тем, что «доктора перестали доверять ординаторам ассистировать на операции или оперировать самим, потому что несут ответственность за любые осложнения». Такие устройства, как Falcon, подключенные к тренировочной программе с симуляцией операции, могут исправить положение и заменить трупы, животных и громоздкие физические тренажеры.

Еще одно устройство, которое поможет врачам эффективнее лечить людей — система CyberGrasp. Это система обратной связи для пальцев и кисти, которая позволяет тактильно ощутить сгенерированные компьютером объекты.

CyberGrasp — это небольшой экзоскелет, который надевается на перчатку CyberGlove и может вызывать давление на каждый палец с помощью работы встроенных механизмов. Благодаря системе обратной связи по силе CyberGrasp пользователи могут почувствовать размер и форму компьютерных трехмерных объектов так, как это не позволит сделать контроллер.

Вернуть потерянное

Screenlifer писал про управление протезированными конечностями с помощью «силы мысли» — встроенные в мозг электроды отправляют импульсы в протез, благодаря чему тот выполняет нужные действия. Технология далека от совершенства, но уже есть удачные эксперименты.

Однако управляемый мыслями протез руки все равно проигрывает обычной руке, ведь у него нет возможности передавать человеку тактильную информацию. Из-за этого манипуляции с предметами не точны. Например, пожимая руку при встрече с помощью протеза, можно случайно повредить ее, неверно рассчитав силу. Кроме взаимодействия с объектами, осязание играет важную роль в социальном общении. Касания важны для человека — это часть невербального общения.

Опытных образцов нет, однако в теории один из способов вернуть тактильные ощущения людям, потерявшим конечность — электрическая симуляция определенных участков мозга на основании данных, которые снял с объекта протез, оснащенный для этого специальными инструментами.

Предположение, что это сработает, основано на том, что люди, потерявшие конечность, испытывают фантомные боли. То есть, по сути, в этот момент тактильные ощущения рождаются не благодаря нервным окончаниям кожи, а благодаря процессам, происходящим в мозгу.

Ученые предупреждают, что пока что вариант, при котором можно будет симулировать ощущения от разных текстур, вряд ли возможен. Например, технология не позволит ощутить разницу между поглаживанием по волосам человека и по шерсти кошки. Однако, почувствовать сопротивление объекта, его вес — это вполне реально.

Подробнее об этом можно прочесть в Science Robotics от 20 февраля 2019 года.

К чему это приведет

Чувство осязания позволяет человеку учиться так эффективно, как не позволяет зрение. Стоит человеку несколько раз выполнить некоторые движения, напрячь мышцы определенным образом — и мышечная память фиксирует это. Можно бесконечно долго смотреть на мастерски забитые голы известных футболистов, но это вряд ли научит кого-нибудь играть в футбол. Гораздо эффективнее выйти на поле и самостоятельно довести мяч до ворот хотя бы один раз. Поэтому для людей, потерявших конечности, важно получить в пользование устройства, которые будут так же функциональны, как потерянные руки или ноги, чтобы иметь возможность получать новые навыки.

Для медицины это тоже может стать прорывом. Кроме пользы для хирургии, подобные технологии открывают дорогу к настоящей интернет-медицине: врачи на расстоянии смогут, к примеру, провести пальпацию живота с помощью контроллеров или специальных перчаток. Кроме того, возможен вариант, когда устройства будут записывать информацию, полученную от одного из пользователей и воспроизводить ее в дальнейшем, что даст возможность врачам учиться у лучших своих предшественников, просто загрузив нужную программу.

Технология представляет неподдельный интерес для игровой индустрии, ведь она несет в себе огромный коммерческий потенциал. А для самих игроков это возможность не только получить новые впечатления, но и новый опыт. Именно поэтому исследователи возлагают на технологию столько надежд.