کاربردهای بالقوه بازخورد لمسی| انتقال حس مجازی به تجربه‌ای واقعی

خبرگزاری علم و فناوری آنا- هدا عربشاهی: بازخورد لمسی به استفاده از لمس و لرزش برای انتقال حواس یا احساسات از دستگاه به انسان اشاره دارد. وظیفه این‌کار به‌عهده نرم‌افزاری است که به تعاملات کاربر پاسخ می‌دهد. بازخورد لمسی برای درگیر‌کردن بیشتر حواس کاربر است تا درکی عمیق‌تر و فراگیرتر را از تعامل با دستگاه تجربه کند. محصولاتی که بازخورد لمسی دارند، اغلب انواع مختلفی از احساسات را برای مطابقت با محرک‌های دیداری و شنیداری مختلف ارائه می‌کنند. برای‌مثال، وقتی فرد مشغول انجام بازی ویدیویی است در مواقع خاصی و باهدف درک بهتر موقعیت، دسته کنترلگر بازی به لرزه در می‌آید یا زمانی‌که کاربر صفحه نمایشگر تلفن همراه هوشمند را لمس می‌کند حس فشاردادن دکمه‌ای واقعی را تجربه می‌کند. به‌بیانی‌ساده، بازخورد لمسی استفاده از محرک‌های فیزیکی برای شبیه‌سازی تجربیات لمسی است و در آینده می‌تواند کاربردهایی فراتر از بازی‌های ویدیویی و تلفن‌های همراه هوشمند داشته باشد.

***

رابط‌های لمسی دستگاه‌هایی رباتیک‌اند که برای تعامل مستقیم با انسان طراحی شده‌اند و دارای عملکردی هستند که به فرد این حس را القا می‌کنند که شبیه‌سازی نیروهای فیزیکی، مثلاً نیروی تماس با یک شیء را درک کند. برخلاف رابط‌های معمولیِ انسان‌‌ماشین که فقط اطلاعات دیداری و شنیداری را ارائه می‌دهند، رابط‌های لمسی ویژگی برقرارکردن ارتباط با کانال‌های حرکتی و کانال‌های لمسی انسان را دارند. استفاده از این کانال‌ها به کاربر اجازه می‌دهد تعامل بسیار کامل‌تر و شهودی‌تری را با دستگاه داشته باشد و این فرآیند را شبیه به تعاملات عادی با اشیاء معمولی تجربه کند. با رابط‌های لمسی از هر جهت می‌توان همانند ربا‌ت‌هایی رفتار کرد که وظیفه اصلی‌شان این است که ازطریق دست‌ها یا پاهای انسان با او تعامل‌ کنند. سامانه لمسی معمولاً از یک یا چند مبدل الکترومکانیکی شامل حسگرها و محرک‌هایی تشکیل می‌شود که با کاربر در تماس مستقیم‌اند و وظیفه‌شان انتقال سیگنال‌های مکانیکی به قسمت‌هایی از بدن است که با آنها در تماس هستند. این بدان‌معنی است که وقتی کاربر دستگاه را لمس می‌کند، دستگاه هم این لمس را با لمس‌کردن کاربر پاسخ می‌دهد.

آغاز تعامل لمسی انسان‌‌ماشین

فناوری‌های لمسی در دهه ۱۹۶۰ و هم‌زمان با تولد و توسعه فناوری رباتیک متولد شدند. در آغاز، این فناوری‌ها در توسعه سامانه‌هایی برای کنترل از راه دور ربات‌ها و بازوهای رباتیک در پروازهای فضایی کاربرد پیدا کردند. این اولین کاربردها عموما از رابط انسان‌ماشین (HMI) استفاده می‌کردند که به‌طور فیزیکی به دستگاه کنترل‌شده متصل بود، اما قادر به انجام بازخورد نیرو نبود و نمی‌توانست احساسات لامسه یا حرکتی را به کاربر بازگرداند و این فقط کاربر بود که ازطریق لمس دستگاه، دستورات لازم را به آن منتقل می‌کرد. از نیمه دوم دهه ۱۹۸۰ اولین رابط‌های لمسی با توانایی انجام بازخورد نیرو و متشکل از سامانه‌های رباتیک شبکه‌ای توسعه یافتند و امکان تولد تعداد بی‌شماری برنامه‌های کاربردی جدید مبتنی‌بر کنترل از راه دور و حسگر را فراهم کردند.

از دهه ۱۹۹۰، شرکت‌ها تلاش‌هایی را آغاز کردند که محصولاتی مصرفی تولید کنند که به کاربران امکان دهد بازخورد لمسی را از دستگاه‌ها دریافت و به‌عبارتی اشیاء مجازی را با لمس آنها «احساس» کنند.

این‌میان، شرکت پژوهش‌های لمسی Immersion Corporation در دهه ۲۰۰۰ شروع به توسعه نوعی فناوری لمسی برای محیط بازی واقعیت مجازی کرد که به یک ابزار اسکلت بیرونی مجهز بود که کاربران می‌توانستند آن را دور دستانشان ببندند.

بازخورد لمسی چگونه کار می‌کند؟

دستگا‌ه‌های لمسی از ابزارهایی چون موتورها، حسگرها و بلندگوها برای ایجاد بازخورد لمسی استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی می‌شوند که هنگام انجام عملی خاص، بازخورد لمسی را به‌صورت خروجی عرضه کنند. فناوری‌های مختلفی چون ریزدستگاه‌هایی که روی پوست قرار می‌گیرند یا دستگاه‌های اسکلت بیرونی یا فناوری لرزشی که در تلفن‌های همراه هوشمند وجود دارد می‌توانند محرک مکانیکی را که کاربر به‌عنوان خروجی احساس می‌کند تولید کنند.

ریزدستگاه‌های روی پوست را می‌توان در انواع دستکش‌های لمسی یا سایر پوشیدنی‌ها یافت. این دستگاه‌ها در یک موقعیت مجازی برای مثال برداشتن لیوان از روی میز در یک بازی ویدیویی، به‌گونه‌ای به پوست فشار وارد می‌کنند که کاربر همان حسی را تجربه می‌کند که هنگام برداشتن لیوان واقعی از روی میز خانه‌اش دارد. دستگاه‌های اسکلت بیرونی اغلب در صنعت بازی‌های رایانه‌ای وجود دارند و از بازخورد نیروی فعال برای ایجاد محرک استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها به موتورهای الکترومکانیکی متکی هستند که بخش‌های خاصی از بدن را هدف قرار می‌دهند که با تجربه بازی مرتبط است. برای‌مثال، اگر کاربر طی بازی فوتبال مجازی، اسکلت بیرونی بازخورد لمسی را پوشیده باشد و پایش را هم‌زمان با آواتار خودش در بازی که به توپ ضربه می‌زند بالا بیاورد حس واقعی ضربه‌زدن به توپ را تجربه می‌کند.

فناوری لرزشی معمولا  در دستگاه‌های لمسی متکی بر واقعیت مجازی به‌کار می‌روند. دستگاه‌های لمسی مجهز به فناوری ارتعاشی از محرک‌های پیزوالکتریک و محرک‌های تشدید خطی برای ایجاد احساس غرش و لرزش و همچنین الگوهای ارتعاشی استفاده می‌کنند. برای‌مثال، اگر کاربر با هدست واقعیت مجازی مشغول قدم‌زدن در جنگلی مجازی باشد با دریافت لرزش از سوی ابزار کنترل‌گر می‌تواند موانع را احساس کند.

دستگاه بازخورد لمسی جدیدی که به کاربر می‌گوید کجا برود

 گروهی از پژوهشگران دپارتمان مهندسی مکانیک دانشگاه رایس که آگوست ۲۰۲۳ نتایج یافته‌هایشان را در نشریه تخصصی دیوایس منتشر کردند دستگاه پوشیدنی جدیدی را برپایه نوعی پارچه حساس به لمس ابداع کردند که قادر است کم‌توانی‌های کاربر در دیدن و شنیدن را جبران کند. پارچه لمسی ابداعی این محققان می‌تواند نمونه‌ای از کاربردهای فناوری بازخورد لمسی در آینده باشد.

در این دستگاه پوشیدنی جدید، به‌جای استفاده از سخت‌افزارهای سنگین که حرکت را برای کاربر دشوار می‌کنند تمام لوازم جانبی که در سامانه لمسی به‌کار می‌روند درون پارچه گنجانده شده و این سامانه با استفاده از فرایند کنترل سیال برپایه هدایت سنتی ولتاژ و شدت جریان الکتریسیته، نیاز به سخت‌افزار را تا حد قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد.

این دستگاه پوشیدنی‌ که از یک کمربند و دو آستین پارچه‌ای تشکیل شده‌، برای کنترل و ارسال سیگنال‌های لمسی پیچیده‌ای چون لرزش، ضربه‌زدن و فشردن، به سیگنال‌های سیالی چون فشار و شدت جریان متکی است.

همچنین مخزن کوچک و سبکی محتوی دی‌اکسیدکربن که به کمربند چسبانده شده است، مدارهای هوابند موجود در پارچه ضدآب را تغذیه می‌کند و باعث می‌شود کیسه‌هایی که در آستین‌ها قرار گرفته‌اند با نیرو و بسامد متفاوت باد شوند.

پژوهشگران این دستگاه را برای موقعیت‌یابی در خیابان‌های هیوستون آمریکا آزمایش کردند و در آزمایش دیگری، کاربر با پیروی از دستورالعمل‌هایی که ازطریق آستین‌ها به او منتقل می‌شد قطعات نامرئی تتریس را بدون نیاز به دیدن، در مزرعه‌ای ترسیم کرد.

کمربند این دستگاه، دارای نمونه باریکی از سامانه کنترل الکترونیکی است. درمجموع ۱۲ کیسه در دو آستین (در هر آستین ۶ کیسه کوچک) نصب شده‌اند که براساس مسیری که از قبل برای آنها تعیین شده به‌تدریج باد می‌شوند و چهار جهت جلو، عقب، چپ یا راست را نشان می‌دهند.

در آینده، این فناوری می‌تواند مستقیماً با سامانه‌ها و برنامک‌های موقعیت‌یابی ادغام شود و فردی که از مشکلات دیداری و شنیداری رنج می‌برد می‌تواند لباسی را بپوشد که از جنس این پارچه حساس به لمس است. لباس باکمک سامانه موقعیت‌یابی می‌تواند کاربر را آگاه کند که مسیرش را بدون نیاز به حواس دیداری شنیداری پیدا کند.

در ادامه این مطالعه، پژوهشگران برای آزمایش دوام پارچه، آن را ۲۵ مرتبه شستند. سپس آن را برش دادند و بارها اتو کشیدند و پارچه همچنان محرک‌های الکتریکی را به‌صورت بازخوردهای لمسی به بازوهای کاربر منتقل می‌کرد.