211service.com
The cutting edge of Haptics
Forskare har hittat ett sätt att lura kroppens sinnen att tro att en plan yta faktiskt är vass eller spetsig. Deras resultat kommer att presenteras nästa månad vid IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication i Hatfield, England.
Det här nya beröringsgränssnittet verkar visa att det är möjligt att lura vår känsel att känna mycket fina och detaljerade tryckförnimmelser utan att trycka ner mot huden. En virtuell knivsegg skulle kunna ge en extra känsla av realism till beröringsbaserade haptiska system, som de som används i kirurgiska simulatorer.
Målet med detta område av beröringsteknik, som ofta kallas haptics, är att kunna simulera vilken form, textur eller känsla som helst, säger Gabriel Robles-De-La-Torre , en neurovetare och dataingenjör baserad i Mexico City, som grundade International Society for Haptics och ledde forskningen. Det är ett viktigt steg mot att utveckla haptiska skärmar, säger han.
Styrka O'Modhrain , en expert på haptik tidigare vid Queen's University of Belfast, Nordirland, håller med. Hon säger att arbetet borde få haptik att kännas mer realistisk. Det är ett sätt att förbättra den perceptuella kvaliteten på renderingen av ytor.
Även om det teoretiskt kan vara möjligt att designa en maskin som kan ändra sin faktiska textur och form för att simulera ett brett spektrum av former och texturer, skulle en sådan mekanism vara omöjligt komplex och stor. Istället har forskare som Robles-De-La-Torre undersökt sätt att utnyttja vårt sensoriska systems förmåga att bli lurad.
Det är bara ett sätt att dra fördel av mänsklig uppfattning, säger Vincent Hayward , en el- och dataingenjör som arbetar med haptik vid McGill University i Montreal. Det påminner lite om illusionen vi upplever när våra ögon uppfattar ett brett spektrum av färger på en videoskärm, trots att bilden består av bara tre olika färgade pixlar, säger han.
Med haptik skapas illusionen med applicerade krafter. Vanligtvis, när någon flyttar fingret över en vass eller spetsig kant, appliceras både vertikala och laterala krafter på huden, säger Robles-De-La-Torre. Men han fann att hjärnan kunde luras att tro att den petades helt enkelt genom att applicera sidokrafter.
För att skapa denna illusion av skärpa använde Robles-De-La-Torre, i samarbete med Carlo Alberto Avizzano och kollegor vid Scuola Superiore Sant'Anna i Pisa, Italien, ett haptiskt gränssnitt som heter GRAB, som består av en fingerborg som är ansluten till änden av en motoriserad, utdragbar arm. En användare kan röra fingerborgen fritt när han placerar sitt pekfinger i den. Sedan ger noggrant kontrollerade motorer kraftåterkoppling, så att fingerborgens rörelse hindras på sätt som skapar virtuella ytor.
Genom att ställa in systemet så att försökspersoner bara kan röra fingret längs en axel, från vänster till höger, kunde forskarna få människor att känna att de körde ett finger över en rad olika skarpa och spetsiga kanter, bara genom att applicera sidomotstånd på deras rörelse. Känslan var så övertygande att försökspersonerna till och med kunde matcha formerna på kanterna till bilder av dem, som en sågtand eller en puckel med en spetsig topp.
Robles-De-La-Torre tror att denna illusion uppstår på grund av en avvägning som finns mellan olika typer av sensorisk information. När vi utforskar föremål som innehåller små detaljer är kraftinformationen viktigare än proprioception, den sensoriska information som kommer från våra muskler och hud för att berätta för våra kroppar hur långt ett finger eller en lem har rört sig. Som ett resultat kan vi känna att vårt finger faktiskt rör sig när det åker uppför en av dessa vassa kanter, om de inte är för stora, säger han.
Queen's O'Modhrain säger att mycket arbete har gjorts med att återge antingen stora geometriska former med kraftåterkoppling eller finkorniga ytor med vibrerande hudmanöverdon. Men hon säger att detta senaste arbete visar att det borde vara möjligt att återge ytor som ligger mellan dessa två ytterligheter utan att behöva utöva tryck på huden.
Det kan till och med vara möjligt att simulera de smärtkänslor som kan följa med ett vasst föremål, säger Robles-De-La-Torre, eftersom den korta pulsen av sidokraft som stimulerar skärpakänslan också kan stimulera hudreceptorer som normalt förknippas med smärta. Men för att bevisa denna hypotes behövs fler tester. Smärta är ett komplext fenomen, säger han.