Dalam filem Ready Player One, Stevie Spielberg, 2018, berdasarkan buku 2011 oleh Ernest Cline, orang memasuki dunia realiti maya yang dikenali sebagai OASIS. Apa yang paling mencabar tentang teknologi futuristik dalam filem sci-fi ini bukanlah kacamata VR, yang sepatutnya tidak jauh dari alat yang kini dijual oleh Oculus, HTC dan lain-lain. Ia adalah penglibatan rasa yang melampau penglihatan dan bunyi: sentuh.
Watak memakai sarung tangan dengan maklum balas yang membolehkan mereka merasakan objek khayalan di tangan mereka. Mereka boleh menaik taraf kepada sut badan penuh yang mengeluarkan semula daya pukulan ke dada atau mengusap bau busuk. Tetapi keupayaan ini juga mungkin tidak jauh seperti yang kita bayangkan.
Kami bergantung pada sentuhan - atau "haptic" - maklumat secara berterusan, dengan cara yang kita tidak sedar secara sedar. Saraf di kulit, sendi, otot dan organ kita memberitahu kita bagaimana tubuh kita diposisikan, betapa eratnya kita memegang sesuatu, apa cuaca, atau orang yang tersayang menunjukkan kasih sayang melalui pelukan. Di seluruh dunia, jurutera kini berusaha untuk mencipta sensasi sentuhan yang nyata, untuk permainan video dan banyak lagi. Melibatkan sentuhan dalam interaksi manusia-komputer akan meningkatkan kawalan robot, pemulihan fizikal, pendidikan, navigasi, komunikasi dan juga membeli-belah dalam talian.
"Pada masa lalu, haptics telah baik untuk membuat perkara yang ketara, dengan getaran dalam telefon anda atau pek yang berderak dalam pengawal permainan, " kata Heather Culbertson, seorang saintis komputer di University of Southern California. "Tetapi kini ada pergeseran ke arah membuat sesuatu yang lebih alami, yang lebih meniru perasaan bahan semulajadi dan interaksi semulajadi."
Masa depan bukan hanya cerah tetapi bertekstur.
* * *
Peranti haptik boleh dikelompokkan kepada tiga jenis utama: mudah disentuh, dpt dipakai dan boleh disentuh. Untuk disenangi, fikirkan joysticks. Satu aplikasi yang jelas adalah dalam operasi robot, supaya pengendali dapat merasakan berapa banyak perlawanan yang ditolak oleh robot.
Mengambil robot pembedahan, yang membolehkan doktor beroperasi dari seberang dunia, atau memanipulasi alat terlalu kecil atau di ruang terlalu ketat untuk tangan mereka. Banyak kajian telah menunjukkan bahawa menambahkan maklum balas haptik kepada kawalan robot ini meningkatkan ketepatan dan mengurangkan kerosakan tisu dan masa operasi. Seseorang dengan maklum balas haptic juga membolehkan doktor untuk melatih pesakit yang hanya wujud dalam realiti maya sambil mendapat perasaan memotong dan suturing sebenar. Salah seorang pelajar Culbertson kini sedang membangun simulator pergigian supaya penggerudian pertama pelajar pergigian itu tidak berada pada gigi yang sebenar.
Jurutera membina sistem untuk menyampaikan sensasi sentuhan yang realistik kepada permainan video, kawalan robot dan banyak lagi, dengan pelbagai aplikasi yang mungkin. (Awam oleh Majalah yang Boleh Diketahui) Mendapatkan rasa apa yang robot di bawah komando anda lakukan juga akan membantu membongkar bom atau mengeluarkan orang dari bangunan runtuh. Atau untuk membaik pulih sebuah satelit tanpa menimbulkan ruang angkasa. Malah Disney telah melihat ke dalam robot telepresence haptic, untuk interaksi robot manusia yang selamat. Mereka membangunkan sistem yang mempunyai tiub pneumatik yang menghubungkan lengan robot manusia dengan cermin set tangan untuk memahami manusia. Orang itu dapat memanipulasi bot cermin untuk menyebabkan bot pertama memegang belon, mengambil telur atau menepuk anak di pipi.
Pada skala yang lebih kecil, makmal robotisme Jamie Paik di Institut Teknologi Persekutuan Switzerland di Lausanne (EPFL) telah membangunkan antara muka haptik mudah alih bernama Foldaway. Peranti mengenai saiz dan bentuk coaster minuman persegi mempunyai tiga lengan berengsel yang muncul, bertemu di tengah-tengah. (Stefano Mintchev, sebuah postdoc di dalam makmal, memanggil mereka "robot origami miniatur.") Pemegang plastik kecil boleh tersangkut di atas di mana lengan bertemu, mewujudkan joystick yang bertindak dalam tiga dimensi - dan lengan menolak, untuk memberi pengguna rasa benda yang mereka dorong. Dalam demo, pasukan telah menggunakan peranti untuk mengawal drone udara, memerah objek maya dan merasakan bentuk anatomi manusia maya.
Terdapat cabaran tertentu dalam menggenggam haptik yang mungkin kelihatan tidak dapat diatasi - misalnya, bagaimana anda memberikan rasa berat ketika merebut dan mengangkat objek digital tanpa berat? Tetapi dengan mempelajari neurosains, para jurutera telah berjaya mencari beberapa penyelesaian. Culbertson dan rakan sekerja mengembangkan peranti yang dipanggil Grabity untuk masalah graviti. Ia jenis semacam bahawa satu cengkaman dan perasan untuk mengambil objek maya. Hanya dengan bergetar dengan cara tertentu, ia dapat menghasilkan ilusi berat dan inersia.
Tetapi "menipu otak hanya berjalan sejauh ini, " kata Ed Colgate, seorang jurutera mekanikal di Northwestern University yang bekerja di haptics. Kadang-kadang mudah untuk memecahkan ilusi haptik. Pada fikirannya, jurutera jangka panjang perlu mencipta semula fizik dunia sebenar - berat dan semua - setakat yang mungkin. "Itu masalah yang sangat sukar."
Alat haptic yang dipanggil Grabity (bawah) memberikan ilusi berat dan inersia kepada pengendalian objek maya. Di sini ia meniru rasa blok (atas). (Dibuat oleh Makmal Shape Stanford) Peranti genggaman sering mengambil kesempatan terhadap sensasi kinestetik: perasaan pergerakan, kedudukan dan daya yang dimediasi oleh saraf bukan hanya pada kulit kita tetapi juga pada otot, tendon dan sendi kita. Peranti yang boleh pakai, di sisi lain, biasanya bergantung pada sensasi sentuhan - tekanan, gesekan atau suhu - yang dimediasi oleh saraf pada kulit.
Pelbagai peranti percubaan dipakai pada jari, menekan pad pad jari dengan darjah daya yang berbeza kerana satu menyentuh objek dalam realiti maya. Tetapi peranti baru-baru ini menyediakan jenis maklum balas yang sama tanpa menutup pad jari. Sebaliknya, ia dipakai di mana seseorang mungkin memakai cincin dan mengandungi motor yang meregangkan kulit di bawahnya. Itu membuat jari-jari bebas untuk berinteraksi dengan objek dunia ketika masih merasakan "maya" - ciri yang berguna untuk kedua-dua permainan dan aplikasi yang serius.
Dalam satu ujian, seseorang boleh memegang sebatang kapur yang sebenarnya dan merasa tekanan kerana mereka "menulis" di papan tulis maya berdasarkan ilusi haptik: Ketika mereka pada masa yang sama melihat kapur menghubungi lembaga dan merasakan kulit mereka membentang, mereka tertipu merasakan tekanan di hujung jari mereka.
Lebih biasa, peranti haptic yang boleh pakai berkomunikasi melalui getaran. Makmal Culbertson, sebagai contoh, sedang bekerja di gelang lengan yang memandu pemakainya dengan bergetar ke arah yang dia perlu beralih. Dan NeoSensory, sebuah syarikat yang diasaskan oleh pakar neurosains Stanford, David Eagleman, sedang mengembangkan rompi dengan 32 motor getaran yang dipamerkan dalam satu episod siri sci-fi HBO Westworld di mana ia seolah-olah membantu watak-watak mengenal pasti arah menghampiri musuh.
Salah satu aplikasi sebenar pertama renda adalah untuk menterjemahkan bunyi ke dalam sensasi sentuhan untuk menjadikan bahasa lisan lebih mudah difahami kepada orang yang kehilangan pendengaran mendalam atau lengkap. Eagleman juga sedang berusaha menerjemahkan aspek-aspek dunia visual ke dalam getaran untuk orang yang buta. Usaha lain melibatkan lebih banyak maklumat abstrak seperti data pasaran dan alam sekitar - bukannya grid yang menunjukkan keadaan di mana keadaannya, corak getaran kompleks mungkin menunjukkan harga sedozen saham.
Imej ini menunjukkan reka bentuk bahan kulit yang lembut dan fleksibel yang sesuai dengan badan, untuk peranti haptik yang boleh dipakai. Lapisan sensor dan penggerak dipisahkan oleh lapisan silikon. Dalam lapisan penderia, memimpin titanat zirkonat (PZT) menerangkan daya untuk cas elektrik untuk maklum balas ke komputer. Lapisan penggerak mengandungi poket kecil yang dapat mengisi udara berkali-kali sesaat untuk maklum balas getaran kepada pemakainya. (Diadaptasi dari HA Sonar et al / Frontiers in Robotics dan AI 2016) Motor getar boleh menjadi besar, jadi sesetengah makmal sedang membangunkan penyelesaian yang lebih selesa. Makmal Paik di EPFL sedang mengendalikan kulit penggerak pneumatik lembut (SPA) - satu helai silikon yang fleksibel kurang daripada 2 milimeter tebal yang dipenuhi dengan poket udara yang kecil. Mereka boleh dilambung dan dikurangkan secara berpuluh-puluh kali sesaat dan dengan itu bertindak sebagai piksel - atau "cukai, " untuk elemen sentuhan - mewujudkan grid sensasi. Mereka mungkin memberikan perasaan jenis tawaran yang ditawarkan dalam Ready Player One, atau maklum balas mengenai kedudukan robot atau anggota prostetik. Kulit SPA juga tertanam dengan sensor yang diperbuat daripada aloi logam yang tahan kakisan yang membolehkan kulit yang sama digunakan untuk input komputer apabila pengguna memerah.
Filem haptik yang lebih nipis - kurang daripada separuh milimeter tebal - juga dalam keadaan luar, yang dicipta oleh Novasentis dan terbentuk daripada plastik fluorida polyvinylidene baru yang mengimbangi kekuatan, fleksibiliti dan responsif elektrik. Apabila filem itu dilapisi pada satu sisi bahan yang fleksibel dan dikenakan caj elektrik, filem itu mengikat dan memfokuskan lembaran, memakai tekanan terhadap kulit. Novasentis kini menyediakan bahan kepada pengeluar peranti yang meletakkannya menjadi sarung tangan untuk realiti maya dan permainan.
"Anda boleh membezakan antara air dan pasir dan batu, " kata Sri Peruvemba, naib presiden pemasaran syarikat itu. Pereka VR juga boleh mencipta lebih banyak perwakilan abstrak, seperti mesej yang dihantar oleh sensasi mengenai keadaan permainan. "Kita boleh membuat bahasa haptik dengan teknologi kita, " kata Peruvemba.
Getaran boleh menghasilkan satu lagi ilusi haptik: sensasi tarikan. Jika peranti yang bergetar ke belakang dan sebagainya selari dengan permukaan kulit bergerak dengan cepat ke satu arah dan perlahan-lahan kembali dengan cara lain, berkali-kali sesaat, ia merasakan seolah-olah ia menarik kulit ke arah pertama.
Walaupun kebanyakan wearable menggunakan sensasi sentuhan, mereka juga boleh menggunakan input otot-sendi-tendon sensasi kinestetik. Jurutera telah membangunkan exoskeleton robotik, sejenis perancah yang diikat ke badan dengan sensor dan motor, yang dapat membantu orang yang lumpuh berjalan, memberikan kekuatan tentera yang super, dan membiarkan orang mengawal robot pada jarak jauh. Sebuah makmal di EPFL telah membangunkan FlyJacket, yang dipakai dengan lengan lurus ke sisi, disambungkan oleh piston ke pinggang. Ia tidak kelihatan terutamanya terbang, tetapi ia membolehkan orang untuk mengawal penerbangan pesawat udara dengan menggerakkan tangan mereka dan memutar torsos mereka. Apabila drone merasakan ribut angin, anda juga.
Kategori akhir peranti adalah antara muka yang boleh disentuh, seperti skrin telefon pintar yang memberi benjolan kecil apabila anda mengklik pada aplikasi. Kerja Culbertson menolak di luar benjolan mudah dan buzz. Dia meniru tekstur di atas permukaan menggunakan apa yang dia panggil "haptics yang dipandu data." Daripada menulis algoritma atau model fizik rumit untuk menghasilkan getaran yang meniru yang sebenar, dia merekodkan apa yang berlaku apabila sesuatu diseret ke atas fabrik yang berbeza atau bahan lain pada kelajuan yang berbeza dan tekanan. Kemudian dia mempunyai permukaan bermain kembali getaran ketika pena diseret melintasinya. Aplikasi boleh termasuk muzium membeli-belah dan maya dalam talian.
Peranti haptic yang boleh disentuh membolehkan pengguna "merasakan" tekstur yang berbeza bergantung pada pola getaran yang ditransmisikan melalui pena. Getaran berubah bergantung pada kelajuan yang mana pen itu dipindahkan, atau berapa tekanan yang dikenakan oleh pengguna. Matlamatnya adalah untuk mensimulasikan kekasaran, kekerasan dan kecekapan permukaan secara realistik. (Sihat daripada Heather Culbertson) Permukaan yang boleh disentuh juga membenarkan jenis ilusi. Sebagai contoh, Culbertson berkata, memainkan bunyi mengklik butang sebagai satu ketikan gambar butang membuatnya merasa seolah-olah butang itu sebenarnya mengklik. Atau membuat skrin kelihatan berubah bentuk di bawah jari seseorang dapat membuatnya merasa lebih lembut. Orang-orang membina persepsi dengan mengikat pandangan, bunyi, sentuhan, rasa dan bau - dan, seperti yang dikatakan Culbertson, "Sangat mudah untuk menipu otak anda jika anda mempunyai ketidakcocokan antara deria anda."
Haptik realistik untuk VR mungkin selama-lamanya menjadi kikuk dan mahal. Atau teknologi akhirnya boleh membuat Ready Player One kelihatan aneh. Dalam kedua-dua kes, seperti yang kita dapat lihat dengan langkah-langkah bayi seperti penggilas permainan video yang meresap dan telefon dan jam tangan bergetar tanpa henti, peranti haptic berada di sini untuk tinggal, menambah dimensi baru untuk kehidupan digital kita.
Majalah yang boleh dipercayai adalah usaha kewartawanan bebas daripada Kajian Tahunan. 
