Виробники комп'ютерної технікизосередилися на вдосконаленні дисплеїв і аудіосистем, оскільки більшу частину інформації людина сприймає візуально або на слух. Тим часом тактильний канал зв'язку залишається практично незадіяним. Вібрація ігрового керма і джойстиків не береться до уваги. Виправити прикре упущення вирішили дослідники з Массачусетського технологічного інституту. Розроблюваний ними "тактильний дисплей" може змінити уявлення про способи взаємодії з комп'ютером.
Матриця такого "дисплея" здатна задіяти численні рецептори шкіри, загальна площа поверхні якої у дорослої людини складає близько двох квадратних метрів. Основні варіанти кріплення - на спині (корсет) і на зап'ясті, у вигляді браслета.
Активні елементи "дисплея" в залежності від сценарію застосування можуть бути представлені вібромотор або нашкірними електродами. Варіант з розміщенням на спині досить оригінальний. Мабуть, раніше ніхто не намагався підключити людини до комп'ютера задом наперед. Користувачі отримують безкоштовний масаж і профілактику стомлюваності м'язів спини, а гравці навчаться буквально відчувати супротивника спиною ... або тим місцем, на яке зважаться закріпити пристрій.
Середня кількість рецепторів на різних ділянках поверхні тіла сильно відрізняється. Найбільше їх на долонях, губах і мовою (саме тому діти хапають все руками і тягнуть до рота, пізнаючи навколишній світ). Трохи менше їх на підошвах і зовсім мало на передній, задній і бічних поверхнях тулуба. Всі разом вони утворюють групу рецептивних полів, відображену в соматосенсорной корі великих півкуль головного мозку. Загальну картину часто представляють у вигляді сенсорного гомункулуса, у якого розміри різних анатомічних областей пропорційні числу рецепторів в них.
Невисока щільність розташування тактильних рецепторів на спині компенсується великою площею та легкодоступностью цій галузі. Вібромоторчик або нашкірні електроди можна зробити порівняно великими, а корсет з ними не буде заважати рухатися і легко сховається під одягом.
Старший науковий співробітник відділу приладобудування в Массачусетському технологічному інституті Лінетт Джонс (Lynette Jones) в якості основного застосування даної розробки бачить системи навігації з тактильним зворотним зв'язком. На відміну від традиційних варіантів, вони не будуть відволікати водія, так як не вимагають дивитися на екран і не набридають голосовими підказками. Їх роботу взагалі не видно з боку, а для пасажира залишиться загадкою, як водій так спритно орієнтується в незнайомому місці. Раніше простіший варіант у вигляді вібронасадок на кермо був запропонований дослідниками з університету штату Юта.
Спрощений варіант такої навігації з тактильними підказками без будь-якої електроніки можна було спостерігати раніше на армійських навчаннях. Наспіх навченому водієві в БМП і БТР вкрай важко орієнтуватися через обмежену видимість. Тому йому на плечі ставив ноги товариш по службі, визирає з люка. Коли треба було повернути праворуч, він просто штовхав водія правою ногою тим сильніше, чим різкіше був потрібний поворот. У порівнянні з GPS-навігатором його голосові підказки відрізнялися винятковою виразністю і своєчасністю.
Крім поворотів водієві потрібно повідомляти і іншу інформацію, для кодування якої "тактильної азбукою" буде потрібно більше двох джерел сигналу. Одним з раніше реалізованих варіантів став тактичний пояс оператора-робота, що дозволяє "відчувати" його за рахунок восьми вібромоторів.
Для вивчення оптимальної схеми розташування активних елементів Лінетт Джонс зробила кілька варіантів з масиву акселерометрів і вібромоторчик від стільникових телефонів. Вони закріплювалися на спині, стегнах і передпліччях на різній відстані.
В ході експерименту випробовуваним пропонувалося вказати, від якої кількості джерел і де саме вони відчувають вплив. За цими даними оцінювалося, наскільки добре люди здатні розпізнавати точну локалізацію і яке оптимальне число активних елементів.
Найбільш точно при випробуваннях вказувалася вібрація крайових моторчиков, а область зап'ястя передбачувано виявилася найбільш чутливою. За даними від акселерометрів, вібрація шкіри затухала в радіусі восьми міліметрів від зони впливу, але самі випробовувані часто відчували її втричі далі.
Це говорить про те, що зменшувати габарити пристрою немає сенсу. Якщо між двома тактильними імпульсами буде менше двох з половиною сантиметрів, то більшість користувачів будуть помилятися при визначенні їх локалізації.
Крім щільності розташування рецепторів характеристики "тактильного дисплея" обмежує демпфуюча здатність шкіри, що залежить головним чином від кількості підшкірної жирової клітковини. В районі передпліччя її вираженість зазвичай мінімальна, тому браслети показали в цілому більш високі результати.
Найпростіший варіант у вигляді двох браслетів уже дає як мінімум чотири точки впливу - на внутрішній і зовнішній стороні зап'ястя. Додайте до цього вібрацію з різною силою і частотою, і вийде своєрідна система кодування. Подібні розробки раніше проводилися в Німеччині.
При підключенні "тактильного дисплея" до смартфону по Bluetooth спрощується як його використання, так і піший туризм. Наприклад, направлення на обраний об'єкт легко задавати, просто міняючи рівень сигналу на двох руках. Паралельно з'являється можливість більш гнучко сповіщати про вхідні дзвінки й повідомлення. Ви ставите індивідуальні мелодії на кожен контакт або групу? Тепер те ж саме можна буде робити і з вібрацією.
На думку професора психології з університету Карнегі-Меллона Роберти Клацки (Roberta Klatzky), робота Лінетт має шанси на розвиток цілої системи тактильної азбуки, яка стане відмінним доповненням до шрифту Брайля для сліпих людей. В майбутньому носяться "тактильні дисплеї" легко адаптувати для використання як з більшістю пристроїв, так і в парі з біонічної очима.
Переважна частина людей спілкується з комп'ютерами за допомогою зору і слуху. Однак, в деяких випадках, найкращим почуттям стало б дотик. Виробники в сфері комп'ютерних технологійвизнають це і розширюють використання тактильних рішень.
Тактильний (від грецького слова, що означає "схопити" або "помацати") відображає здатність обладнання давати на виході сигнал, який ми можемо відчувати, завдяки дотику, а не бачити або чути. Тактильний сигнал - це зазвичай віддача або вібрація. Наскільки сильна віддача? "Маленькі апарати видають 3-4 ньютона [від 300 до 400 грам], а деякі великі - більше, ніж 30 Н", - стверджує Бен Лендон, фахівець з тактильному обладнанню компанії SensAble Technologies Inc.
Застосування тактильних технологій
Можна виділити дві основні сфери застосування тактильних технологій: віртуальна реальність(В тому числі ігри та медичні тренінги) та віддалене управління(Або телеуправління). Хоча найбільш очевидною можливістю використання тактильних технологій є комп'ютерні ігри, Аналогічні проекти існують і в промисловості. Наприклад, тактильні технології надають користувачам можливість доторкнутися і відчути об'єкти комп'ютерного дизайну та проектування в системах САПР і подібних. Такі засоби надають зворотний зв'язок з програмним додатком, В якому ведеться проектування, а повністю електронне рульове управління і гальма цілком реалістично реагують на дії операторів або водіїв, позбавляючи від масивних і складних прямих з'єднань або систем з підсилювачами.
"Рука" Omni виробництва компанії SensAble Technologies підтримує позиціонування з шістьма ступенями свободи і силову зворотний зв'язок
Тактильні технології, що застосовуються в медицині, - це спосіб захистити пацієнта від лікарських помилок, вони забезпечують "віртуальний" тренінг для недосвідченого персоналу. Тактильні медичні тренувальні системи з вражаючою реалістичністю відтворюють відчуття занурення голки або перітонеоскопа і дозволяють бачити результати на екрані, а заодно і чути, як бідкається пацієнт, якщо щось зроблено неправильно. Такі прилади можуть бути використані для проведення стоматологічних процедур і багато чого іншого.
"Існуючий сьогодні процес навчання лікарів супроводжується часткою ризику, - вважає Том Андерсон, президент компанії Novint Technologies. - Під час перших 50 процедур на живому пацієнті, вони вчаться". В Novint є епідуральний і дентальний імітатори, які отримали позитивні відгуки від користувачів. Майкл Левін, віце-президент і головний менеджер по промисловим і ігровим технологіям компанії Immersion Corp., повідомляє, що зараз використовуються близько 800 приладів його компанії, що імітують судинну систему. Вони дозволяють навчати студентів техніці введення голки крапельниці.
Тактильні технології також знаходять застосування при розробці медичних імплантатів, зазначає Боб Стейнгарт, президент і директор з виробничих питань компанії SensAble Technologies Inc. Дані комп'ютерного томографа надходять у вигляді вокселов (тривимірних об'ємних пікселів). Устаткування SensAble використовує той же формат. "Уявіть собі людини з діркою в черепі, - пояснює Стейнгарт. - Слід почати з моделі, отриманої за допомогою комп'ютерного або магнітно-резонансного томографа. Мета - отримати протез, який заповнить цей отвір. Використовуючи нашу систему вокселов і віртуальний наповнювач - модель черепа теж буде складатися з вокселов, - можна отримати дуже добре підігнані синтетичну частину тіла, і, головне, дуже швидко. Вихідні дані зазвичай подаються на прилад, який швидко створює прототип, а в деяких випадках - на фрезерний верстат ".
"Тактильні технології також можуть бути використані для поліпшення представлення даних, - відзначає Лендон (комапния SensAble), - що дає можливість користувачеві орієнтуватися в цілому море даних (наприклад, сейсмічне відображення скельних порід) за допомогою додаткових коштівсприйняття. У Вас є не тільки колір і час, але також силовий вплив, що допоможе вам визначити характер даних ".
Кнопки, миші, джойстики
Можливо, найпростіший приклад тактильних технологій - це регулювальні ручки, на зразок тих, які використовуються для настройки радіо. Оснастивши таку ручку двигуном і гальмом, можна домогтися різних типівфіксації, упору і навіть амортизації. І всі ці характеристики можна змінювати в міру необхідності.
Тактильні миші підтримують віддачу або вібрацію, або і те й інше як реакція програмного забезпеченняна дії користувача. Вони застосовуються в широкому спектрі завдань: від ігор до фізіотерапії, а зараз досліджується застосування тактильної миші в якості інструменту введення даних в комп'ютер для сліпих людей. При використанні тактильної миші виникає одна проблема. Вона полягає в тому, що миша повинна мати будь-які засоби відстеження свого абсолютного положення; Зараз для цього використовують осі або нитки, пов'язані з основою.
Робототехніка навпаки: віртуальні маніпулятори
У віртуальному тривимірному світі тактильні технології відповідають "роботам навпаки". Робот дозволяє віртуального світу (програмному забезпеченню) маніпулювати реальними об'єктами. Тактильний прилад дозволяє людині маніпулювати віртуальними об'єктами і відчувати їх, як якщо б вони були справжніми.
Сенсорний екран, обладнаний електромагнітними приводами
Наприклад, користувач може взятися за маніпулятор (деякі системи використовують рукавичку або "кільце"), з'єднаний з системою кронштейнів.
У тактильних приладів можуть бути три ступені свободи (3 СС), які дозволяють відчувати осі X, Y і Z, або 6 ступенів свободи (6 СС), які також чутливі до повороту і нахилу. Кількість ступенів свободи відображає кількість змінних параметрів. Система відчуває положення рукоятки і передає користувачеві відповідну віддачу і вібрацію за допомогою вбудованих двигунів і систем гальмування. Коли курсор зустрічає віртуальний об'єкт, оператор відчуває опір, яке може бути жорстким (для твердого об'єкта), м'яким або еластичним. Якщо це необхідно, рукоятка може вібрувати, щоб імітувати, наприклад, відчуття людини, яка веде пером по нерівній поверхні. Тактильні рукавички можуть використовуватися в фізіотерапії, щоб допомогти пацієнтам, які перенесли серцевий напад, повернути сили і поліпшити функції організму.
Дослідники Японського технологічного університету міста Тоехаші вивчали можливість застосування тактильних джойстиків для управління підйомними кранами з метою запобігання зіткнень. Деякі організації займаються розробкою систем тактильного зворотного зв'язку для хірургічних роботів (які, насправді, дистанційно управляються). Нано-технологи намагаються інтегрувати тактильні прилади в скануючі електронні мікроскопи, щоб забезпечити відчуття дотику при маніпуляції нано-об'єктами.
Сенсорні екрани зі зворотним зв'язком
Зовсім недавно тактильні технології стали використовувати при виготовленні сенсорних екранів. Звичайні сенсорні екрани дозволяють оператору впливати на будь-яку точку поверхні екрану, а тактильні технології дають можливість дійсно це відчути. Натисніть на кнопку, і ви відчуєте (а часто навіть почуєте) клацання. Віртуальні кнопки можуть бути будь-якого розміру або форми і перебувати де завгодно на екрані. Тип реакції на дотик теж може відрізнятися.
У грудні 2005 року компанія Volkswagen AG отримала ліцензію на використання тактильних технологій компанії Immersion в автомобільних панелях. Замість того, щоб просто відчувати тверду поверхню віртуальної контрольної панелі, водії відчувають, як кнопки утапліваются і відпускаються, зовсім як справжні кнопки і перемикачі. За словами Левіна, користувачі, яким пропонували вибір між сенсорними екранами з тактильним відгуком і без нього, виявляли велику перевагу тактильним варіантів, і якщо вони могли вибрати тільки один варіант, вони вибирали саме цей.
Почуття дотику можна відтворити декількома способами. Ймовірно, самим прямим буде побудувати цілий ряд рухливих контактних висновків на екрані так, що поверхня дійсно прийме бажану форму. Хоча такий підхід і ефективний, він складний і доріг. Простіший підхід - розташувати в кутах екрана електромагнітні приводи, які будуть керувати рухом зовнішньої поверхні сенсорного екрану (див. Схему). Дослідження показали, що критичним параметром є не відстань, а прискорення. Відповідно до стандарту асоціації NEMA, зміщення може становити від 0,1 до 0,2 мм.
У той час як тактильні технології завойовують все більше визнання в іграх і тренувальних імітаторах, розширення сфери промислового застосування проходить повільніше. Одним з факторів, який сприятиме розширенню застосування цієї технології в промисловому обладнанні, є спрощення завдання інтеграції тактильних технологій в ітрерфейси.
Більшість компаній, що займаються тактильними технологіями, пропонують цілий ряд програмних інтерфейсів(API) для різних областейзастосування цих технологій та іншого програмного забезпечення, що полегшує розробку. Immersion Corp працює над універсальним комплектом, що складається з невеликої круглої панелі, набору приводів і керівництва по експлуатації. В панелі заздалегідь запрограмовані інші спецефекти, будь-які інші можна буде додатково завантажити і зберегти на флеш-пам'яті. Компанія SensAble Technologies також пропонує різні тактильні засоби для свого обладнання.
Зниження вартості також призведе до збільшення попиту на тактильні технології. У нижньому ціновому діапазоні знаходиться модель Falcon компанії Novint з трьома ступенями свободи, яка продається за 150-200 $. Хоча цей прилад створений для повсякденного застосування, досвід показав, що деякі споживчі електронні товари проникають в промисловий і комерційний сектор практично без змін. І якщо вони виробляються і продаються в кількостях, характерних для роздрібного продажу, ціни можуть виявитися досить привабливими. Що стосується надійності приладу, то, за словами Андерсона (компанії Novint), ця продукція "розрахована на те, що люди будуть по ній стукати, їм також захочеться, щоб вона працювала безперервно протягом тривалого часу, особливо, коли вони грають на ній в відео гри ".
Phantom Omni компанії SensAble - "рука" з шістьма ступенями свободи, прикріплена до основи, яке може розташовуватися на робочому столі - коштує близько 2400 $ разом з пакетом програмного забезпечення. Що стосується сенсорних екранів: доступні дисплеї Immersion розміром до 19 ", ціна пристрою тактильного зворотного зв'язку приблизно дорівнює ціні сенсорного екрану.
Хоча тактильні технології далеко не досконалі, вже ясно, що у них багатообіцяюче майбутнє в промисловій сфері. Хоча звичайні миші, швидше за все, не зникнуть, не дивлячись на те, що компанія Novint назвала одну зі своїх моделей Falcon (Сокіл) в честь хижого птаха, що живиться мишами, може виявитися, що не тільки вони зможуть виконувати такі функції.
Android є відмінною ОС у всіх сенсах, повністю настроюється, має мільйони безкоштовних і платних додатків, Безліч ланчера і наявність безлічі ігор - ось деякі з переваг. Єдиний недолік, який можна знайти в Android - це споживання енергії батареї. Порівняно з іншими операційними системами, Ви можете відчути, що Android телефонивитрачають ємність акумулятора швидше. Таким чином, щоб вирішити цю проблему, у нас є декілька порад для економії батареї на вашому телефоні.
1. Дисплей споживає більшу частину енергії
екран вашого мобільного пристроюспоживає набагато більше енергії, ніж будь-яке інше додаток / процес. Постарайтеся, щоб дисплей не включався коли акумулятор розряджений, це продовжить роботу пристрою.
2. Зменшіть яскравість екрану
Так як екран споживає багато енергії, ви повинні виставити яскравість по мінімального рівня, Комфортному для сприйняття.
3. Вимкніть бездротовий зв'язок
Включайте мобільну передачу даних, Wi-Fi, NFC, Bluetooth і GPS тільки тоді, коли ви в них потребу. Все це споживає багато енергії і не має використовуватися весь час.
4. Віддайте перевагу WiFi
Якщо ви можете мати доступ до мережі Wi-Fi, То ви повинні використовувати його замість мобільної передачіданих. Мобільна передаяа даних споживає набагато більше енергії, ніж Wi-Fi і, отже, повинні бути повністю виключена якщо це можливо.
5. Вимкніть автоматичну синхронізацію
Більшість додатків, які ви встановлюєте синхронізують файли з серверами через заданий період. Процес синхронізації повинен бути запущений вручну і тільки для тих додатків, для яких ви хочете синхронізувати дані.
6. Використовуйте мінімальна кількість віджетів
Віджети використовують енергію, щоб оновлювати дані і для відображення змін. Вони завжди працюють в фоновому режимі. Ви не повинні використовувати багато віджетів одночасно.
7. Не використовуйте живі шпалери
Живі шпалери дуже енергоємні і можуть розрядити акумулятор вашого Android дуже швидко. Ви повинні відключити їх, коли хочете вичавити максимальний час роботи від батареї, або краще, не використовуйте їх взагалі.
8. Закривайте програми вручну або за допомогою спеціальних утиліт
Коли ви закриваєте програму, вона продовжує працювати у фоновому режимі. Це робиться, щоб зменшити час, необхідний для запуску, і зробити додаток більш чуйним. Але, будучи в оперативної пам'ятівсе, вони споживають енергію батареї. Або зупиняйте їх за допомогою диспетчер задач в телефоні, або використовуйте сторонні додатки.
9. Використовуйте чорний фон
Якщо ваш телефон має AMOLED екран, То ви повинні використовувати чорне зображення в якості фону. Це дозволить знизити споживання енергії акумулятора для відображення вмісту екрану. також виберіть темну тему, якщо це можливо.
10. Встановіть тайм-аут екрана на найменше значення
Тайм-аут екрана визначає час, після якого підсвічування вашого екрану гасне якщо пристрій не використовується. Установка в меншого значення врятує батарею вашого телефону.
11. Вимкніть тактильну зворотний зв'язок
Тактильна це опція, за допомогою якої ваш телефон дає сигнал зворотного зв'язку у вигляді вібрації при натисканні на екран. Хоча він корисний під час набору тексту, але він споживає багато ресурсів. Ви повинні вимкнути його для економії заряду батареї вашого телефону.
12. Перейдіть на режим польоту
Коли ви в літаку, вам потрібно перевести свій мобільний телефонв режим польоту. Оскільки у вас немає підключення до мережі, передавач вашого телефону буде продовжувати намагатися знайти мережу. Це просто розрядити акумулятор і більше нічого. Тому, перемикайтеся в режим польоту, коли ви знаходитесь на борту літака. Ви також можете відключити його, якщо ви не хочете використовувати радіомодуль телефону.
13. Увімкніть режим економії енергії
Режим енергозбереження за замовчуванням обмежує використання процесора, зменшується яскравість екрану, відключає модуль для передачі даних, коли екран вимкнений і вимикає тактильну зворотний зв'язок. Можливо, це самий ефективний спосібзберегти акумулятор вашого телефону Android.
14. Обмеження передачі даних
Багато додатків, такі як Gmail, Google Play Store і багато інших збирають і передають дані на свої сервера у фоновому режимі. Це розряджає батарею дуже швидко. Щоб зупинити це, ви можете обмежити використання даних, зайдіть я в Налаштування - Використання данихі виберіть варіант «Обмежити фонову передачу даних».
І до речі, якщо ви розсилаєте багато СМС повідомлень, можливо, має сенс використовувати sms шлюз - це буде і дешевше і ефективніше, дозволяючи розсилати повідомлення значній кількості мобільних абонентів.
2.3.3. Способи подачі команд
Крім завдання положення об'єкту в тривимірному просторі бажано також мати можливість подавати команди, Які повинні бути виконані в певних його точках. Для подачі команд найпростіше використовувати звичайну клавіатуру комп'ютера і звичну систему екранних меню, але краще використовувати набір кнопок на позиційному датчику типу «плаваюча миша».
Мікрофон і навушники відеошлема можуть бути підключені до звукогенератор і до системи розпізнавання і синтезу мови. У середовищі синтетичної реальності, в принципі, навіть можна використовувати віртуальну клавіатуру і управляти всім процесом роботи через неї за допомогою сенсорної рукавички. Але людині все ж легше і простіше для подачі команд використовувати свій мовний канал, а комп'ютерну системумовного введення сьогодні вже можна «навчити» розпізнаванню десятків тисяч слів з досить високою надійністю.
2.3.4. Сенсорна рукавичка і тактильний зворотний зв'язок
сенсорна рукавичка. безпосереднє відстеження рухів рукидавно викликало великий інтерес у багатьох розробників. Наприклад, в 1983 році було запатентовано пристрій Digital Entry Glove. Але справжнім проривом стала сенсорна рукавичка DataGlove, розроблена в Дослідницькому центрі імені Джозефа Еймса NASA, а потім вдосконалена і випущена на ринок компанією VPL Research (ріс.2.20).
Для визначення величини кутів згину пальцівв рукавичці VPL DataGlove були використані еластичні оптичні волокна(Світловоди). Згинання пальців виявляється за допомогою набору з десяти оптоволоконних датчиків, які вшиті в рукавичку над кожним суглобом пальців. Робота датчиків заснована на тому, що, якщо оптоволокно згинається, то переданий по ньому світло слабшає пропорційно вигину. Кожен датчик складається з джерела світла на одному кінці оптоволокна і детектора на іншому. Мікропроцесор послідовно сканує всі сенсори і обчислює кут згину кожного суглоба пальців, використовуючи певну модель будови людської кисті. Рукавичка підключається до ПК за допомогою стандартного послідовного інтерфейсу RS-232.
|
Ріс.2.20. Сенсорна рукавичка VPL DataGlove |
Розроблено кілька конкуруючих сенсорних рукавичок, найвідоміша з яких - недорога рукавичка Nintendo PowerGlove (рис.2.21, зліва), призначена для використання в відеоіграх. Рукавички зі світловими сенсорами розробила каліфорнійська фірма Virtual Technologies, наприклад, найпростіші рукавиці CyberGlove. Існує також 18-сенсорна модель, яка відстежує рухи пальців (рис.2.21, в центрі), і 22-сенсорна, здатна ще й вловити згинання-розгинання всіх пальців, крім большого.Еті рукавички дають помилку лише на 0,5-1 °. 22-сенсорна модель знімає показання 149 раз в секунду, а 18-сенсорна - 112 раз в секунду. Компанія Computers & more випускає рукавичку 5 th Glove (ріс.2.68, праворуч).
В інших моделях, зокрема, Virtex CyberGlove, для визначення величини кутів згину пальців застосовуються датчики натягу. Для деяких завдань точність (близько ± 10º) і повторюваність показань таких датчиків можуть бути недостатні. Більш точний метод вимірювання дає пристрій Dexterous Handmaster компанії Exos, що має зовнішній скелет, який закріплюється на суглобах пальців, і датчики, що використовують ефект Холла. Датчики дозволяють визначати кути згину пальців з точністю ± 0,5º. Однак, не цілком ясно, чи можна отримати будь-яку користь з такої точності, і цілком може виявитися, що чотирьох рівнів даних, які дає рукавичка Nintendo PowerGlove, фактично досить для більшості завдань.
|
|
|
Рис.2.21. Сенсорні рукавички: Nintendo PowerGlove; 18-сенсорна модель фірми Virtual Technologies; 5 th Glove
Є і технологія з механічними датчиками, але вона важка і недосконала.
Стежить система переводить в цифрову форму також і положення руки. Аерокосмічна корпорація МсDonnell Douglas розробила систему Polyhemus, яка вбудовується в рукавичку DataGlove і служить для визначення положення руки.
Згадувані відеошлем VIEW і рукавичка DataGlove використовують систему датчиків, чутливих до електромагнітного поля. Точність положення близько двох міліметрів. Рукавичка може перебувати в будь-якій точці умовного кулі діаметром в 1 м.
Більш сучасна рукавичка P5 американської фірми Essential Realityпоказана на рис. 2.22. Базова станція включається в порт USBі не вимагає зовнішнього живлення, рукавичка включається проводом в базову станцію. На тильній стороні «долоні» розташовано 8 інфрачервоних світлодіодів, які дозволяють базової станції відслідковувати переміщення руки в просторі. У базовій станції, знаходяться 2 інфрачервоні камери, що дозволяє більш надійно стежити за рукавичкою і точно визначати відстань до неї.
|
|
|
|
Ріс.2.22. Базова станція і рукавичка P5
Зона видимості базової станції становить 45 ° по вертикалі і горизонталі і близько 1,5 м в «глибину». У цьому конусі P5 може відстежувати координати руки по 3 осях з точністю до 0,6 см (в 60 см від бази), а також поворот і нахил долоні з точністю до 2 °. Опитування координат відбувається з частотою 40 Гц (затримка становить 12 мс). Крім світлодіодів системи стеження, в рукавичці є 5 гумових «пальців» з датчиками вигину. До пальцях користувача вони кріпляться пластиковими кільцями і міряють вигин з точністю в 1,5 °. Ще на тильній стороні рукавички є 4 кнопки, одна з яких програмується (інші служать для калібрування, включення / вимикання і перемикання режимів роботи). Таким чином, в термінах джойстика P5 має 11 аналогових осей і 1 кнопку.
Тактильний зворотний зв'язок(Forced Feedback) використовується в сенсорних рукавичках для імітації дотикуруки до об'єкта. Тактильну зворотний зв'язок найбільш просто реалізує невеликий динамік на долоні, Оскільки рука добре відчуває клацання, що видається динаміком у відповідь на будь-яку подію. Але це лише сигнал про події, а хотілося б отримати відчуття дотику до віртуальних об'єктів. Таке відчуття можна імітувати різними способами.
Для імітації відчуття дотику з допомогою тискучасто використовують надувні балончики, За допомогою яких регулюється сила або жорсткість тиску рукавички на пальці. Робилися спроби застосувати п'єзоелектричні кристали, Які при вібрації створюють відчуття тиску, а також сплави з пам'яттю форми, Які можна змусити зігнутися, пропускаючи слабкий електричний струм. Подібний пристрій Portable Dexterous Master (рис.2.23), що складається з рукавички VPL DataGlove, забезпеченою трьома пневматичними приводами, було розроблено винахідником Григором Берд з Університету Рутгерса.
Рис.2.23. Пристрій Portable Dextrous Master
Крім відчуття тиску важлива і імітація відчуття опорупри спробі зрушити віртуальний об'єкт. Для цієї мети може використовуватися мініатюрний робот-маніпулятор, Який закріплюється на руці. Наприклад, більш пізні моделі рукавички DataGlove вже включали п'єзоелектричні датчики на кінчиках пальців, щоб забезпечити певний рівень тактильного зворотного зв'язку. Коли користувач бере в руку віртуальний об'єкт, то відчуває тиск від дотику його пальців з поверхнею об'єкта. Ще пізніше рукавичка була забезпечена спеціальним робототехнічні екзоскелетом, Що дозволяє створювати відчуття ваги і сили.
«Силова» зворотний зв'язок може бути реалізована і без сенсорних рукавичок. Простий пристрій «силовий» зворотного зв'язку було розроблено компанією Digital. це рукоятка, Подібна ручці газу на мотоциклі, яка може змінювати силу свого опору повороту. Група фахівців з компанії UNC для створення «силовий» зворотного зв'язку застосувала електромеханічний маніпулятор.
Тактильний зворотний зв'язок вельми чутлива до характеристик контурів зворотного зв'язку: користувач підсвідомо миттєво реагує на імпульси від системи і коригує свою реакцію до того, як система встигне відпрацювати попередні реакції. Вважається, що для створення надійної ілюзії відчуття об'єкта тактильна система повинна мати швидкість оновлення інформації 300-1000 Гц, що як мінімум на порядок вище, ніж швидкість відновлення візуальної інформації.
Компанія Virtual Technologies розробила пристрій CyberGrasp зі зворотним тактильним впливом, надаючи користувачу можливість відчути віртуальний світ своїми руками (рис. 2.24).
Спеціальні гаки одягаються поверх рукавичок і при необхідності перешкоджають стискання кисті з силою до 12 Н (Ньютон) на кожен палець (силу в 1 Н треба докласти, щоб тілу вагою 1 Кг змінити прискорення на 1 м / с; або це сила тяжіння, що діє на 1 / 9,8 Кг). Максимальний вплив CyberGrasp порівняно з тим, яке можна випробувати, підвісивши за 1,2 Кг на кожен палець при прямому ліктьовому суглобі, плюс сама лапка важить ще 350 м
Компанія Virtual Technologies винайшла і пристрій CyberTouch зі зворотним тактильним впливом (рис.2.25). Це пристрій невеликих розмірів надаватися на кінчики пальців і передає їм різного роду вібрацію. Кріпиться воно поверх VR-рукавичок.
|
Рис.2.24. пристрій CyberGrasp |
Рис.2.25. пристрій CyberTouch |
Англійці придумали рукавички з системою кульок і компресором для нагрівання повітря, в яких можна відчути не тільки нерівності віртуальних об'єктів, але і їх температуру. Такий пристрій найбільш повно передає тактильне вплив на руки.
Датчики кисті рукипризначені для стеження за її переміщеннями. В найпростіші датчики вбудований тільки Position Tracker, що відслідковує переміщення невеликого кубика в руці користувача. Виробництвом таких датчиків займається компанія Ascension Technology Corporation. Наприклад, датчик MibiBird (рис. 2.26, ліворуч) здатний відстежувати кисть при обертанні ± 180 ° по вертикалі і горизонталі, а також ± 90 ° навколо своєї осі з помилкою на 0,1-0,5 °. Пристосування Motion Star (рис. 2.26, праворуч) більш масового характеру схоже з MibiBird. Існують і більш чутливі подібні прилади.
Тренажери і симулятори. Багато ремесел засновані на тонкому моторному контролі і координації рук людини. Вивчення і підготовка в деяких професіях вимагає великої практики, а досягнення певного майстерності може займати роки (наприклад, каліграфія). Тренажери, симулятори та системи імітації призначені для підвищення ефективності навчання. Використання пристроїв з тактильним зворотним зв'язком дозволяє проводити процес навчання більш ефективно, особливо коли руку учня веде електронний експерт - пристрій з тактильним зворотним зв'язком.
Телеуправління (дистанційне керування) і мікро-маніпуляції, робототехніка.Робота з недоступним або небезпечним матеріалом вимагає телепрісутсвія оператора. Використання пристроїв з дотиковим зворотним зв'язком дозволяє підвищити якість дистанційного керування роботами і різними виконуючими пристроями за рахунок передачі додаткової інтуїтивно зрозумілій оператору дотиковий інформації. На жаль, стандартні джойстики не дозволяють використовувати даний канал сприйняття інформації людини.
Використання пристроїв зі зворотним тактильним зв'язком виправдано в відповідальних операціях з дистанційним керуваннямроботами, коли оператори можуть миттєво відчувати реакцію і різні обмеження маніпулятора (динаміка, обмеження робочого простору і т.д.).
Мікро-маніпулятори - маленькі роботи, побудовані, щоб виконувати різні завдання з об'єктами, часто більш тонкими, ніж людське волосся. Відповідно, використання пристроїв з тактильним зворотним зв'язком дозволяє оператору маніпулювати мікро-роботами інтуїтивно зрозумілим і звичним способом.
Медицина. Велике число високотехнологічних пристроїв для медицини часто обмежується первинним інструментом хірурга, а саме їх руками. Відповідно, використання систем зі зворотним тактильним зв'язком в медичних тренажерах і реальних медичних роботах дозволяє передавати хірургу дотикальну інформацію, що дозволяє зробити всі маніпуляції в звичній і інтуїтивно зрозумілій формі.
Переважна частина людей спілкується з комп'ютерами за допомогою зору і слуху. Однак, в деяких випадках, найкращим почуттям стало б дотик. Виробники в сфері комп'ютерних технологій визнають це і розширюють використання тактильних рішень.
Тактильний (від грецького слова, що означає "схопити" або "помацати") відображає здатність обладнання давати на виході сигнал, який ми можемо відчувати, завдяки дотику, а не бачити або чути. Тактильний сигнал - це зазвичай віддача або вібрація. Наскільки сильна віддача? "Маленькі апарати видають 3-4 ньютона [від 300 до 400 грам], а деякі великі - більше, ніж 30 Н", - стверджує Бен Лендон, фахівець з тактильному обладнанню компанії SensAble Technologies Inc.
Застосування тактильних технологій
Можна виділити дві основні сфери застосування тактильних технологій: віртуальна реальність (в тому числі ігри та медичні тренінги) та дистанційне керування (або телеуправління). Хоча найбільш очевидною можливістю використання тактильних технологій є комп'ютерні ігри, аналогічні проекти існують і в промисловості. Наприклад, тактильні технології надають користувачам можливість доторкнутися і відчути об'єкти комп'ютерного дизайну та проектування в системах САПР і подібних. Такі засоби надають зворотний зв'язок з програмним додатком, в якому ведеться проектування, а повністю електронне рульове управління і гальма цілком реалістично реагують на дії операторів або водіїв, позбавляючи від масивних і складних прямих з'єднань або систем з підсилювачами.
"Рука" Omni виробництва компанії SensAble Technologies підтримує позиціонування з шістьма ступенями свободи і силову зворотний зв'язок
Тактильні технології, що застосовуються в медицині, - це спосіб захистити пацієнта від лікарських помилок, вони забезпечують "віртуальний" тренінг для недосвідченого персоналу. Тактильні медичні тренувальні системи з вражаючою реалістичністю відтворюють відчуття занурення голки або перітонеоскопа і дозволяють бачити результати на екрані, а заодно і чути, як бідкається пацієнт, якщо щось зроблено неправильно. Такі прилади можуть бути використані для проведення стоматологічних процедур і багато чого іншого.
"Існуючий сьогодні процес навчання лікарів супроводжується часткою ризику, - вважає Том Андерсон, президент компанії Novint Technologies. - Під час перших 50 процедур на живому пацієнті, вони вчаться". В Novint є епідуральний і дентальний імітатори, які отримали позитивні відгуки від користувачів. Майкл Левін, віце-президент і головний менеджер по промисловим і ігровим технологіям компанії Immersion Corp., повідомляє, що зараз використовуються близько 800 приладів його компанії, що імітують судинну систему. Вони дозволяють навчати студентів техніці введення голки крапельниці.
Тактильні технології також знаходять застосування при розробці медичних імплантатів, зазначає Боб Стейнгарт, президент і директор з виробничих питань компанії SensAble Technologies Inc. Дані комп'ютерного томографа надходять у вигляді вокселов (тривимірних об'ємних пікселів). Устаткування SensAble використовує той же формат. "Уявіть собі людини з діркою в черепі, - пояснює Стейнгарт. - Слід почати з моделі, отриманої за допомогою комп'ютерного або магнітно-резонансного томографа. Мета - отримати протез, який заповнить цей отвір. Використовуючи нашу систему вокселов і віртуальний наповнювач - модель черепа теж буде складатися з вокселов, - можна отримати дуже добре підігнані синтетичну частину тіла, і, головне, дуже швидко. Вихідні дані зазвичай подаються на прилад, який швидко створює прототип, а в деяких випадках - на фрезерний верстат ".
"Тактильні технології також можуть бути використані для поліпшення представлення даних, - відзначає Лендон (комапния SensAble), - що дає можливість користувачеві орієнтуватися в цілому море даних (наприклад, сейсмічне відображення скельних порід) за допомогою додаткових засобів сприйняття. У Вас є не тільки колір і час, але також силовий вплив, що допоможе вам визначити характер даних ".
Кнопки, миші, джойстики
Можливо, найпростіший приклад тактильних технологій - це регулювальні ручки, на зразок тих, які використовуються для настройки радіо. Оснастивши таку ручку двигуном і гальмом, можна домогтися різних типів фіксації, упору і навіть амортизації. І всі ці характеристики можна змінювати в міру необхідності.
Тактильні миші підтримують віддачу або вібрацію, або і те й інше в якості реакції програмного забезпечення на дії користувача. Вони застосовуються в широкому спектрі завдань: від ігор до фізіотерапії, а зараз досліджується застосування тактильної миші в якості інструменту введення даних в комп'ютер для сліпих людей. При використанні тактильної миші виникає одна проблема. Вона полягає в тому, що миша повинна мати будь-які засоби відстеження свого абсолютного положення; Зараз для цього використовують осі або нитки, пов'язані з основою.
Робототехніка навпаки: віртуальні маніпулятори
У віртуальному тривимірному світі тактильні технології відповідають "роботам навпаки". Робот дозволяє віртуального світу (програмному забезпеченню) маніпулювати реальними об'єктами. Тактильний прилад дозволяє людині маніпулювати віртуальними об'єктами і відчувати їх, як якщо б вони були справжніми.
Сенсорний екран, обладнаний електромагнітними приводами
Наприклад, користувач може взятися за маніпулятор (деякі системи використовують рукавичку або "кільце"), з'єднаний з системою кронштейнів.
У тактильних приладів можуть бути три ступені свободи (3 СС), які дозволяють відчувати осі X, Y і Z, або 6 ступенів свободи (6 СС), які також чутливі до повороту і нахилу. Кількість ступенів свободи відображає кількість змінних параметрів. Система відчуває положення рукоятки і передає користувачеві відповідну віддачу і вібрацію за допомогою вбудованих двигунів і систем гальмування. Коли курсор зустрічає віртуальний об'єкт, оператор відчуває опір, яке може бути жорстким (для твердого об'єкта), м'яким або еластичним. Якщо це необхідно, рукоятка може вібрувати, щоб імітувати, наприклад, відчуття людини, яка веде пером по нерівній поверхні. Тактильні рукавички можуть використовуватися в фізіотерапії, щоб допомогти пацієнтам, які перенесли серцевий напад, повернути сили і поліпшити функції організму.
Дослідники Японського технологічного університету міста Тоехаші вивчали можливість застосування тактильних джойстиків для управління підйомними кранами з метою запобігання зіткнень. Деякі організації займаються розробкою систем тактильного зворотного зв'язку для хірургічних роботів (які, насправді, дистанційно управляються). Нано-технологи намагаються інтегрувати тактильні прилади в скануючі електронні мікроскопи, щоб забезпечити відчуття дотику при маніпуляції нано-об'єктами.
Сенсорні екрани зі зворотним зв'язком
Зовсім недавно тактильні технології стали використовувати при виготовленні сенсорних екранів. Звичайні сенсорні екрани дозволяють оператору впливати на будь-яку точку поверхні екрану, а тактильні технології дають можливість дійсно це відчути. Натисніть на кнопку, і ви відчуєте (а часто навіть почуєте) клацання. Віртуальні кнопки можуть бути будь-якого розміру або форми і перебувати де завгодно на екрані. Тип реакції на дотик теж може відрізнятися.
У грудні 2005 року компанія Volkswagen AG отримала ліцензію на використання тактильних технологій компанії Immersion в автомобільних панелях. Замість того, щоб просто відчувати тверду поверхню віртуальної контрольної панелі, водії відчувають, як кнопки утапліваются і відпускаються, зовсім як справжні кнопки і перемикачі. За словами Левіна, користувачі, яким пропонували вибір між сенсорними екранами з тактильним відгуком і без нього, виявляли велику перевагу тактильним варіантів, і якщо вони могли вибрати тільки один варіант, вони вибирали саме цей.
Почуття дотику можна відтворити декількома способами. Ймовірно, самим прямим буде побудувати цілий ряд рухливих контактних висновків на екрані так, що поверхня дійсно прийме бажану форму. Хоча такий підхід і ефективний, він складний і доріг. Простіший підхід - розташувати в кутах екрана електромагнітні приводи, які будуть керувати рухом зовнішньої поверхні сенсорного екрану (див. Схему). Дослідження показали, що критичним параметром є не відстань, а прискорення. Відповідно до стандарту асоціації NEMA, зміщення може становити від 0,1 до 0,2 мм.
У той час як тактильні технології завойовують все більше визнання в іграх і тренувальних імітаторах, розширення сфери промислового застосування проходить повільніше. Одним з факторів, який сприятиме розширенню застосування цієї технології в промисловому обладнанні, є спрощення завдання інтеграції тактильних технологій в ітрерфейси.
Більшість компаній, що займаються тактильними технологіями, пропонують цілий ряд програмних інтерфейсів (API) для різних областей застосування цих технологій та іншого програмного забезпечення, що полегшує розробку. Immersion Corp працює над універсальним комплектом, що складається з невеликої круглої панелі, набору приводів і керівництва по експлуатації. В панелі заздалегідь запрограмовані інші спецефекти, будь-які інші можна буде додатково завантажити і зберегти на флеш-пам'яті. Компанія SensAble Technologies також пропонує різні тактильні засоби для свого обладнання.
Зниження вартості також призведе до збільшення попиту на тактильні технології. У нижньому ціновому діапазоні знаходиться модель Falcon компанії Novint з трьома ступенями свободи, яка продається за 150-200 $. Хоча цей прилад створений для повсякденного застосування, досвід показав, що деякі споживчі електронні товари проникають в промисловий і комерційний сектор практично без змін. І якщо вони виробляються і продаються в кількостях, характерних для роздрібного продажу, ціни можуть виявитися досить привабливими. Що стосується надійності приладу, то, за словами Андерсона (компанії Novint), ця продукція "розрахована на те, що люди будуть по ній стукати, їм також захочеться, щоб вона працювала безперервно протягом тривалого часу, особливо, коли вони грають на ній в відео гри ".
Phantom Omni компанії SensAble - "рука" з шістьма ступенями свободи, прикріплена до основи, яке може розташовуватися на робочому столі - коштує близько 2400 $ разом з пакетом програмного забезпечення. Що стосується сенсорних екранів: доступні дисплеї Immersion розміром до 19 ", ціна пристрою тактильного зворотного зв'язку приблизно дорівнює ціні сенсорного екрану.
Хоча тактильні технології далеко не досконалі, вже ясно, що у них багатообіцяюче майбутнє в промисловій сфері. Хоча звичайні миші, швидше за все, не зникнуть, не дивлячись на те, що компанія Novint назвала одну зі своїх моделей Falcon (Сокіл) в честь хижого птаха, що живиться мишами, може виявитися, що не тільки вони зможуть виконувати такі функції.
