Пожилая женщина общается с маленькой внучкой из другого города по видеосвязи. В какой-то момент ребенок гладит по руке изображение бабушки на экране, и та вздрагивает, ощутив реальные прикосновения.
Мужчина с роботизированным протезом предплечья берет по очереди стакан, маркер и смартфон, и на его лице появляется удивленная улыбка. Теперь он может, не глядя на предметы, почувствовать их форму и отличить один от другого на ощупь — искусственной рукой.
Геймер запускает на приставке симулятор восточных единоборств. Каждый раз, когда виртуальный противник наносит успешный удар, игрок непроизвольно отдергивает «пострадавшую» часть тела — он физически чувствует «травму».
Эти ситуации — не научно-фантастические зарисовки, а демонстрация работы нового беспроводного интерфейса для виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальностей, разработанного китайскими и американскими учеными. Это устройство позволяет чувствовать прикосновения как переданные из реального мира, так и сгенерированные компьютером.
Как это работает
Интерфейс представляет собой легкий гибкий многослойный «пластырь», который можно временно наклеить на кожу. При этом, по уверениям разработчиков, он не сминается, а принимает форму тела. Для передачи тактильных ощущений в него встроены небольшие вибрационные моторы, устроенные довольно просто: они состоят из медной спирали и постоянного магнита. Когда на спираль подается ток, магнит вибрирует с частотой этого тока, что и создает ощущение прикосновения. В существующем прототипе каждый мотор-актуатор имеет скромные, но все же существенные размеры: 12-18 миллиметров в диаметре и 2,5 миллиметра в толщину. Весит он при этом 1,4 грамма. Как показывают расчеты, и так небольшое устройство в будущем можно будет уменьшить еще сильнее: без потерь в силе вибрации оно может быть размером 1,2×0,8 миллиметра. Для работы нынешняя конструкция требует всего пары милливольт на мотор, в то время как для ранее разработанных аналогов этот показатель был в полсотни раз выше.
Главная особенность нового «тактильного передатчика» — ему не нужны проводное подключение и встроенный аккумулятор. Энергию для работы устройство получает «по воздуху» от внешнего источника с помощью основной и промежуточной (усиливающей входящий ток) спиралей индуктивности. Эта технология — она схожа с беспроводной зарядкой смартфонов — позволяет передавать энергию на расстоянии около метра, а аккумулятор с передающей спиралью можно буквально взять с собой. Радиочастотные сигналы от компьютера или мобильного устройства принимает набор антенн, каждая из которых обслуживает модуль из восьми актуаторов с управляющим микрочипом.
Для массового производства и использования в коммуникациях, медицине и индустрии развлечений интерфейс придется доработать. В первую очередь нужно сделать актуаторы более миниатюрными, что позволит, с одной стороны, повысить разрешающую способность, а с другой — снизить потребляемое напряжение и силу тока, то есть уменьшить энергозатраты и теплопродукцию. Как уже говорилось, технически это вполне осуществимо.
Путь осязательных интерфейсов
Впервые словосочетание «виртуальная реальность» применил в 1938 году для описания сценических постановок французский писатель Антонен Арто в книге «Театр и его двойник». В современном смысле оно прозвучало в 1982 году в произведении австралийского фантаста Дэмиена Бродерика.
Авторство физического воплощения VR остается предметом дебатов, отчасти из-за того, что этой концепции сложно дать однозначное определение. В конце 1950-х годов американский режиссер и разработчик Мортон Хейлиг создал стационарное механическое устройство «Сенсорама», которое воздействовало сразу на все основные органы чувств: передавало изображение от первого лица, звуки, вибрацию и даже запахи.
В 1968 году американский исследователь Айвен Сазерленд с коллегами изобрели первый носимый на голове VR-дисплей, реагирующий на движения пользователя. Из-за громоздкости и странного вида устройство получило название «Дамоклов меч».
За этим последовали десятилетия разработок и усовершенствований, в первую очередь силами Национального аэрокосмического управления США (NASA), а также регулярных заявлений скептиков, считающих, что у технологии нет будущего. Тем не менее, в 1990-х годах на рынке стали появляться доступные пользователям VR-шлемы.
Современные устройства VR в общем виде представляют собой закрепляемый на голове дисплей, акселерометр (прибор для регистрации движений) и динамики для погружения пользователя в трехмерную сгенерированную компьютером среду. Существуют и системы AR, накладывающие виртуальные объекты на реальную обстановку. Однако все они задействуют только зрение и слух, и ученые уже несколько десятилетий пытаются повысить степень погружения за счет других органов чувств — в первую очередь осязания.
Считается, что первое подобное устройство было представлено в 2002 году. Тогда «гаптическое телекоммуникационное носимое устройство» представила британская компания CuteCircuit. Ее рубашка HugShirt с вшитыми сенсорами и актуаторами позволяет собеседникам «обняться» на расстоянии — для этого нужно лишь подключение к интернету и установленное на смартфон приложение.
«Рубашка для объятий» вызвала немалый интерес и получила несколько престижных наград: конференции Cyberart в Бильбао в 2004 году, журнала Time в 2006 году и Всемирного конгресса мобильных устройств UKTI.
За прошедшие годы HugShirt претерпела несколько изменений дизайна и материалов, чтобы идти в ногу с модой, и ряд технических усовершенствований. Сейчас ее можно приобрести по предварительному заказу за 350 фунтов стерлингов.
После этого предложено немало устройств для передачи «виртуальных» прикосновений. Самый популярный форм-фактор — перчатки разных конструкций, позволяющие «трогать» объекты в VR. Они могут оснащаться электромоторами по типу экзоскелетов, вибрационными актуаторами, электростатическими тормозами и другими приводами. Свой вариант подобного устройства представили и российские разработчики. Есть и другие подходы, например, браслет для имитации прикосновений с помощью электростимуляции мышц.
Существуют и системы, позволяющие имитировать столкновения с виртуальными предметами, такие как набор браслетов с соленоидами или электростимуляторами, а также пневматическая куртка и костюм с вибромоторами. В качестве примеров еще более экзотичных устройств для осязательного взаимодействия с виртуальными объектами можно привести трость для слепых, куб с пропеллерами, дрон и даже промышленного робота.
Некоторые из перечисленных технологий представляют лишь теоретический интерес и почву для дальнейших разработок, некоторые имеют реальные шансы превратиться после доработки в реальный коммерческий продукт, а некоторые (например, HugShirt и несколько моделей перчаток-контроллеров) можно приобрести уже сейчас. Пожалуй, не будет преувеличением сказать, что уже в недалеком будущем осязание станет таким же неотъемлемым компонентом VR, как сейчас зрение и слух. Очередь за вкусом и обонянием.
Олег Лищук
