Haptik teknolojisi - Haptic technology

NASA Ames Araştırma Merkezi'nde 1980'ler dönemi başa takılan ekran ve kablolu eldivenler

Haptik teknolojisi olarak da bilinen, kinestetik iletişim ya da 3 boyutlu dokunma , bir deneyim oluşturabilir herhangi bir teknoloji belirtmektedir dokunmatik uygulayarak kuvvetleri , titreşim kullanıcıya ya da hareketler. Bu teknolojiler, bir bilgisayar simülasyonunda sanal nesneler oluşturmak, sanal nesneleri kontrol etmek ve makinelerin ve cihazların uzaktan kontrolünü geliştirmek ( telerobotik ) için kullanılabilir. Dokunsal cihazlar , kullanıcı tarafından arayüz üzerinde uygulanan kuvvetleri ölçen dokunsal sensörler içerebilir . Yunanca'dan gelen haptik kelimesi : ἁπτικός ( haptikos ), "dokunma duyusu ile ilgili dokunsal" anlamına gelir. Basit dokunsal cihazlar, oyun kumandaları , oyun çubukları ve direksiyon simidi şeklinde yaygındır .

Haptik teknolojisi, kontrollü dokunsal sanal nesnelerin yaratılmasına izin vererek insan dokunma duyusunun nasıl çalıştığının araştırılmasını kolaylaştırır. Çoğu araştırmacı , insanlarda dokunma duyusu ile ilgili üç duyu sistemini ayırt eder : kutanöz , kinestetik ve haptik . Deri ve kinestetik duyarlılığın aracılık ettiği tüm algılara dokunsal algı denir. Dokunma duyusu pasif ve aktif olarak sınıflandırılabilir ve "haptik" terimi genellikle nesneleri iletmek veya tanımak için aktif dokunma ile ilişkilendirilir.

Tarih

Dokunsal teknolojinin en eski uygulamalarından biri, kontrol yüzeylerini çalıştırmak için servomekanizma sistemlerini kullanan büyük uçaklardaydı . Servo sistemleri olmayan daha hafif uçaklarda , uçak bir stall'a yaklaştıkça , aerodinamik sarsıntı (titreşimler) pilotun kontrollerinde hissedildi. Bu, tehlikeli bir uçuş durumu için faydalı bir uyarıydı. Servo sistemler "tek yönlü" olma eğilimindedir, yani kontrol yüzeylerine aerodinamik olarak uygulanan dış kuvvetler kontrollerde algılanmaz, bu da bu önemli duyusal ipucunun olmamasına neden olur . Bunu ele almak için, kayıp normal kuvvetler yaylar ve ağırlıklarla simüle edilir. Hücum açısı ölçülür ve kritik durma noktasına yaklaşırken , daha basit bir kontrol sisteminin tepkisini simüle eden bir çubuk çalkalayıcı devreye girer . Alternatif olarak, servo kuvveti ölçülebilir ve sinyal, kuvvet geri beslemesi olarak da bilinen kontrol üzerindeki bir servo sisteme yönlendirilebilir . Kuvvet geri beslemesi, bazı ekskavatörlerde deneysel olarak uygulanmıştır ve silt veya kil içine gömülü büyük kayalar gibi karışık malzemelerin kazılması sırasında kullanışlıdır. Operatörün görünmeyen engelleri "hissetmesine" ve etrafında çalışmasına olanak tanır.

1960'larda Paul Bach-y-Rita , bir ekranın piksellerine benzer dokunsal "noktalar" üreten, yükseltilip alçaltılabilen 20x20'lik bir metal çubuk dizisi kullanan bir görüntü değiştirme sistemi geliştirdi. Bu cihazla donatılmış bir sandalyede oturan insanlar, sırtlarına yerleştirilen nokta desenlerinden resimleri tanımlayabilirler.

Bir dokunsal telefon için ilk ABD patenti 1973. Erken dokunsal insan-makine iletişimi sisteminde Thomas D. Shannon verildi tarafından inşa edilmiştir A. Michael Noll de Bell Telephone Laboratories, Inc. 1970'lerin başında ve patent için verilmiş 1975'teki icadı.

Bir Aura Interactor yeleğinin fotoğrafı
Aura İnteraktör yelek

1994 yılında Aura Interaktör yeleği geliştirildi. Yelek, bir ses sinyalini izleyen ve bas ses dalgalarını yumruk veya tekme gibi eylemleri temsil edebilecek titreşimlere dönüştürmek için elektromanyetik aktüatör teknolojisini kullanan giyilebilir bir kuvvet geri bildirim cihazıdır. Yelek, bir stereo, TV veya VCR'nin ses çıkışına takılır ve ses sinyali, yeleğe gömülü bir hoparlör aracılığıyla yeniden üretilir.

Tap-in kol saatinin bir görüntüsü.
Jensen'in Tap-in cihazı

1995 yılında Thomas Massie , PHANToM (Kişisel HAPtik Arayüzü Mekanizması) sistemini geliştirdi. Bilgisayarlı kolların ucunda, bir kişinin parmaklarının yerleştirilebileceği yüksük benzeri yuvalar kullandı ve bu sayede bir bilgisayar ekranında bir nesneyi "hissetmelerini" sağladı.

1995'te Norveçli Geir Jensen , Tap-in olarak adlandırılan, deriye dokunma mekanizmasına sahip bir kol saati haptik cihazını tanımladı . Kol saati Bluetooth aracılığıyla bir cep telefonuna bağlanacak ve dokunma frekansı modelleri, kullanıcının arayanlara seçilen kısa mesajlarla yanıt vermesini sağlayacaktır.

2015 yılında Apple Watch piyasaya sürüldü. Saat kullanıcısının cep telefonundan bildirimler ve uyarılar iletmek için cilt dokunma algılamasını kullanır.

uygulama

Titreşim

Dokunsal geri bildirim sunan elektroniklerin çoğu titreşimleri kullanır ve çoğu , bir motor miline bağlı dengesiz bir ağırlıktan oluşan bir tür eksantrik dönen kütle (ERM) aktüatörü kullanır. Mil döndükçe, bu düzensiz kütlenin dönmesi, aktüatörün ve bağlı cihazın sallanmasına neden olur. Apple'ın "Taptic Engine" özelliğine sahip MacBook'ları ve iPhone'ları gibi bazı yeni cihazlar, titreşimlerini, AC elektrik akımına benzer şekilde manyetik bir ses bobini aracılığıyla karşılıklı bir şekilde hareket ettiren doğrusal bir rezonans aktüatör (LRA) ile gerçekleştirir. sinyaller bir hoparlörün konisinde harekete dönüştürülür . LRA'lar, ERM'lerden daha hızlı yanıt verme yeteneğine sahiptir ve bu nedenle daha doğru dokunsal görüntüler iletebilir.

Piezoelektrik aktüatörler ayrıca titreşim üretmek için kullanılır ve daha az gürültüyle ve daha küçük bir platformda LRA'lardan bile daha hassas hareket sunar, ancak ERM'lerden ve LRA'lardan daha yüksek voltaj gerektirir.

Geri bildirimi zorla

Zorla geribildirim cihazları, kullanıcı tarafından tutulan bir öğenin hareketini manipüle etmek için motorları kullanır. Yaygın bir kullanım, gerçek bir aracı viraj alırken yaşanan kuvvetleri simüle etmek için direksiyon simidini çeviren otomobil sürüş video oyunları ve simülatörlerindedir . 2013'te tanıtılan doğrudan tahrikli tekerlekler , servo motorlara dayalıdır ve güç ve aslına uygunluk açısından en üst düzey, kuvvet geri beslemeli yarış tekerlekleri türüdür.

2007'de Novint , yüksek çözünürlüklü üç boyutlu kuvvet geri beslemeli ilk tüketici 3D dokunmatik cihazı olan Falcon'u piyasaya sürdü . Bu, nesnelerin, dokuların, geri tepmenin, momentumun ve oyunlardaki nesnelerin fiziksel varlığının dokunsal simülasyonuna izin verdi.

Hava girdap halkaları

Hava girdap halkaları , yoğun hava esintilerinden oluşan halka şeklindeki hava cepleridir. Odaklanmış hava girdapları, bir mumu üfleme veya birkaç metre öteden kağıtları rahatsız etme gücüne sahip olabilir. Hem Microsoft Research (AirWave) hem de Disney Research (AIREAL), temassız dokunsal geri bildirim sağlamak için hava girdaplarını kullandı.

ultrason

Odaklanmış ultrason ışınları, herhangi bir fiziksel nesneye dokunmadan bir parmak üzerinde lokalize bir basınç hissi yaratmak için kullanılabilir. Basınç hissini yaratan odak noktası, bir dizi ultrason dönüştürücüdeki her dönüştürücünün fazını ve yoğunluğunu ayrı ayrı kontrol ederek oluşturulur. Bu ışınlar ayrıca titreşim hissi vermek ve kullanıcılara sanal 3B nesneleri hissetme yeteneği vermek için de kullanılabilir.

Uygulamalar

Otomotiv

Araç gösterge panellerinde geniş dokunmatik ekranlı kontrol panellerinin kullanıma sunulmasıyla birlikte, dokunmatik komutların onaylanması için sürücünün gözlerini yoldan ayırmasına gerek kalmadan dokunsal geri bildirim teknolojisi kullanılıyor. Direksiyon simidi veya koltuk gibi ek temas yüzeyleri de sürücüye dokunsal bilgiler, örneğin diğer araçlara yakınken bir uyarı titreşim modeli sağlayabilir.


Sanat

Dokunsal teknolojiler, ses sentezi veya grafik tasarım ve animasyon gibi sanal sanatlarda keşfedilmiştir . 2015'teki Tate Sensorium sergisindeki mevcut sanat eserlerini geliştirmek için dokunsal teknoloji kullanıldı . Müzik yaratmada, İsveçli sentezleyici üreticisi Teenage Engineering , OP-Z sentezleyicileri için müzisyenlerin bas frekanslarını doğrudan enstrümanlarında hissetmelerini sağlayan bir dokunsal subwoofer modülü tanıttı .

Havacılık

Force-feedback, güvenli bir uçuş zarfına bağlılığı artırmak ve böylece pilotların nihai yetkisini korurken ve durum farkındalıklarını arttırırken, pilotların operasyonel sınırların dışında tehlikeli uçuş durumlarına girme riskini azaltmak için kullanılabilir .

Tıp ve diş hekimliği

Tıbbi simülasyon için dokunsal arayüzler, laparoskopi ve girişimsel radyoloji gibi minimal invaziv prosedürlerde eğitim ve diş hekimliği öğrencilerinin eğitimi için geliştirilmektedir. Bir Virtual Haptic Back (VHB), Ohio Üniversitesi Osteopatik Tıp Koleji'ndeki müfredata başarıyla entegre edildi . Haptik teknolojisi, telepresence cerrahisinin gelişmesini sağlayarak uzman cerrahların hastalara uzaktan ameliyat yapmasına izin verdi. Cerrah bir kesi yaptığında, sanki doğrudan hasta üzerinde çalışıyormuş gibi dokunsal ve direnç geribildirimi hissederler.

Haptik teknolojisi ayrıca denge kontrolünde yaşa bağlı bozuklukları iyileştirmek ve yaşlılarda ve denge bozukluğu olanlarda düşmeleri önlemek için duyusal geri bildirim sağlayabilir.


Mobil cihazlar

LG Optimus L7 II'nin vibramotoru

Dokunsal dokunsal geri bildirim, hücresel cihazlarda yaygındır . Çoğu durumda, bu dokunmaya titreşim tepkisi şeklini alır. Alpine Electronics , dokunmatik ekranlı araç navigasyonu ve stereo ünitelerinin çoğunda PulseTouch adlı bir dokunsal geri bildirim teknolojisi kullanır . Nexus One onların özelliklerine göre, dokunsal geri bildirimi bulunmaktadır. Samsung ilk olarak 2007'de haptik özellikli bir telefon piyasaya sürdü.

Yüzey haptikleri, dokunmatik ekran gibi bir yüzeyle etkileşime girerken kullanıcının parmağında değişken kuvvetlerin üretilmesini ifade eder. Tanvas , parmak hareketinin programlanabilir bir işlevi olarak parmak ucunun deneyimlediği düzlem içi kuvvetleri kontrol etmek için elektrostatik bir teknoloji kullanır . TPaD Tablet Projesi , bir cam dokunmatik ekranın görünen kayganlığını modüle etmek için ultrasonik bir teknoloji kullanır .

2013 yılında Apple Inc. , çoklu dokunmatik yüzeyler için uygun olan bir dokunsal geri bildirim sisteminin patentini aldı. Apple'ın "Dokunsal geri bildirimin lokalizasyonu için yöntem ve aygıt" için ABD Patenti, en az iki aktüatörün bir çoklu dokunmatik giriş cihazının altına yerleştirildiği ve bir kullanıcı üniteyle temas kurduğunda titreşimli geri bildirim sağlayan bir sistemi açıklar. Spesifik olarak, patent, bir aktüatörün bir geri besleme titreşimini indüklemesini sağlarken, en az bir başka aktüatör, ilk titreşim setinin cihazın diğer alanlarına yayılmasını önleyerek dokunsal deneyimi lokalize etmek için titreşimlerini kullanır. Patent, bir "sanal klavye" örneğini verir, ancak buluşun herhangi bir çoklu dokunmatik arayüze uygulanabileceği de not edilir.

nörorehabilitasyon

Üst ekstremite motor disfonksiyonu olan bireyler için, nörorehabilitasyon için dokunsal geribildirim kullanan robotik cihazlar kullanılabilir. Uç efektörler ve hem topraklanmış hem de topraklanmamış dış iskeletler gibi robotik cihazlar, birkaç kas grubu üzerindeki kontrolü yeniden sağlamaya yardımcı olmak için tasarlanmıştır. Bu robotik cihazlar tarafından uygulanan dokunsal geri bildirim, daha sürükleyici doğası nedeniyle duyusal işlevin geri kazanılmasına yardımcı olur.

Bulmacalar

Karmaşık 3B ortamlarda hedefe yönelik dokunsal keşif, arama, öğrenme ve hafızayı araştırmak için dokunsal bulmacalar tasarlanmıştır. Amaç, hem çok parmaklı robotları dokunma hissi ile etkinleştirmek hem de insan meta-öğrenmesine ilişkin daha fazla içgörü kazanmaktır.

Kişisel bilgisayarlar

2008 yılında, Apple Inc 'in MacBook ve MacBook Pro, düğme işlevselliği ve izleme yüzeyine dahil dokunsal geribildirim ile bir 'Dokunsal Dokunmatik' tasarımını birleştiren başladı. Bunu Synaptics ClickPad gibi ürünler izledi.

2015 yılında Apple, "Taptic Engine" ile tıklamaları simüle eden 2015 MacBook Pro'ya " Force Touch " izleme dörtgenlerini tanıttı.


robotik

Dokunsal geri bildirim, telepresence aracılığıyla karmaşık görevleri gerçekleştirmek için gereklidir . Gelişmiş bir robotik el olan Shadow Hand , her eklemde yerleşik toplam 129 dokunmatik sensöre ve operatöre bilgi ileten parmak pedine sahiptir. Bu, yazma gibi görevlerin uzaktan gerçekleştirilmesini sağlar. NASA'nın insansı robotlar veya robonautlar koleksiyonunda erken bir prototip görülebilir .



duyusal ikame

Aralık 2015'te David Eagleman, konuşmayı ve diğer ses sinyallerini bir dizi titreşime "çeviren" giyilebilir bir yelek sergiledi; bu, işitme engelli kişilerin vücutlarındaki sesleri "hissetmelerini" sağladı, o zamandan beri ticari olarak bir bileklik olarak üretildi.

Uzay

Haber raporlarına göre , dokunsal teknolojilerin kullanımı, Mars gezegenine yapılan ziyaretler de dahil olmak üzere uzay araştırmalarında faydalı olabilir .

Dokunsal elektronik ekranlar

Dokunsal elektronik ekran, dokunma duyusunu kullanarak metin ve grafik bilgileri sunan bir görüntüleme cihazıdır . Bu tür cihazlar, görme veya işitme duyusuna bir alternatif sağlayarak kör veya sağır kullanıcılara yardımcı olmak için geliştirilmiştir.

Teleoperatörler ve simülatörler

Teleoperatörler , uzaktan kumandalı robotik araçlardır. Operatöre ilgili kuvvetler hakkında geri bildirim verildiğinde buna dokunsal teleoperasyon denir . İlk elektrikle çalıştırılan teleoperatörler, 1950'lerde Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda Raymond Goertz tarafından radyoaktif maddeleri uzaktan işlemek için inşa edildi . O zamandan beri, kuvvet geri beslemesinin kullanımı, uzaktan kumandalı sualtı keşif cihazları gibi diğer teleoperatörlerde daha yaygın hale geldi.

Tıbbi simülatörler ve uçuş simülatörleri gibi cihazlar ideal olarak gerçek hayatta hissedilecek olan kuvvet geri bildirimini sağlar. Dokunma duyumlarını temsil eden verilerin kaydedilmesine veya oynatılmasına izin veren, dokunsal operatör kontrolleri kullanılarak simüle edilmiş kuvvetler oluşturulur.

teledildonik

Dokunsal geri bildirim, seks oyuncaklarını uzaktan bağlamak ve kullanıcıların sanal seks yapmasına veya uzak bir sunucunun seks oyuncaklarını kontrol etmesine izin vermek için teledildonik veya "seks teknolojisi" içinde kullanılır. Terim ilk olarak 1975'te Ted Nelson tarafından aşkın, yakınlığın ve teknolojinin geleceğini tartışırken ortaya çıktı. Son yıllarda, teledildonikler ve seks teknolojisi, titreşimler, baskılar ve duyumlar aracılığıyla sanal sekse izin veren iki yönlü bağlantıya sahip oyuncakları içerecek şekilde genişledi. Birçok "akıllı" vibratör, oyuncağın kontrolünü sağlamak için kullanıcı veya uzak bir ortak arasında tek yönlü bir bağlantıya izin verir.

Video oyunları

Bu Dreamcast Jump Pack gibi kontrolörler için Rumble paketleri, kullanıcıların elleriyle dokunsal geri bildirim sağlar

Dokunsal geribildirim, atari oyunlarında , özellikle yarış video oyunlarında yaygın olarak kullanılır . 1976'da Sega'nın Fonz olarak da bilinen motosiklet oyunu Moto-Cross , başka bir araçla çarpışma sırasında gidonların titreşmesine neden olan dokunsal geri bildirim kullanan ilk oyundu. Tatsumi'nin TX-1'i , 1983'te araba sürme oyunlarına kuvvet geribildirimi getirdi. Oyun Earthshaker! 1989'da bir langırt makinesine dokunsal geri bildirim ekledi .

Basit dokunsal cihazlar, oyun kumandaları , oyun çubukları ve direksiyon simidi şeklinde yaygındır . İlk uygulamalar 1997'de Nintendo 64 denetleyicisinin Rumble Pak'ı gibi isteğe bağlı bileşenler aracılığıyla sağlandı . Aynı yıl, yerleşik geri bildirime sahip Microsoft SideWinder Force Feedback Pro , Immersion Corporation tarafından piyasaya sürüldü . Birçok konsol kontrolörleri ve joystickler yerleşik özelliği dengesiz ağırlıkları spin ile motorlarıdır geribildirim cihazlar, dahil, bu titreşime neden Sony 'nin DualShock teknolojisi ve Microsoft ' ın Impulse Tetik teknolojisi. Örneğin bazı otomobil direksiyon kumandaları, yolun "hissini" sağlamak üzere programlanmıştır. Kullanıcı bir dönüş yaptığında veya hızlandığında, direksiyon simidi dönüşlere direnerek veya kontrolden çıkarak tepki verir.

Önemli tanıtımlar şunları içerir:

  • 2013: Birimin izleme dörtgenleri aracılığıyla çok çeşitli dokunsal geri bildirim sağlayabilen ağırlıklı elektromıknatıslar kullanan yeni bir Buhar Denetleyici birimi de dahil olmak üzere Valve tarafından Steam Machines mikro konsolları. Bu kontrolörlerin geri bildirim sistemleri kullanıcı tarafından yapılandırılabilir. Ayrıca 2013'te sim yarışları için ilk doğrudan tahrikli direksiyon tanıtıldı.
  • 2014: LG Electronics'in multimedya girişlerine yanıt veren yeni bir tür dokunsal yastık.
  • 2015: HD Haptics'li Steam Kontrolcüsü, kontrolcünün her iki tarafında haptik kuvvet aktüatörleri ile Valve tarafından.
  • 2017: Nintendo Anahtarı 'ın Joy-Con ile geliştirilen HD Rumble özelliğini tanıtan, Immersion Corporation'ın ve kullanma Alpler aktüatörler.
  • 2018: Lofelt tarafından geliştirilen, bir çift geniş frekanslı dokunsal sürücü kullanan oyun kulaklığı Razer Nari Ultimate .
  • 2020: Sony PlayStation 5 kontrolörleri, bir yayın ipini çekerken hissedilen artan direnci simüle etmek gibi tetik kontrollerinin direncini ve ses bobini aktüatörleri aracılığıyla daha hassas dokunsal geri bildirimi uyarlayabilir.

Sanal gerçeklik

Haptikler, sanal gerçeklik sistemlerinin önemli bir parçası olarak yaygın kabul görüyor ve daha önce yalnızca görsel olan arayüzlere dokunma hissi katıyor . Hologramların hem görülmesini hem de hissedilmesini sağlayan sistemler de dahil olmak üzere, 3D modelleme ve tasarım için dokunsal arayüzleri kullanmak üzere sistemler geliştirilmektedir. Birçok şirket, kullanıcıların patlamaları ve mermi darbelerini hissetmelerini sağlamak için sürükleyici sanal gerçeklikte kullanım için tam vücut veya gövde haptik yelekleri veya dokunsal giysiler üretiyor .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar