Тактильная обратная связь (Haptics): определение, преимущества и реальные применения

Тактильная обратная связь (Haptics): определение, преимущества и реальные применения

Термин «haptic» происходит от греческого «haptikos» — чувство прикосновения. Ощущение прикосновения можно разделить на активное и пассивное. Тактильная обратная связь в основном ассоциируется с активным прикосновением для коммуникации или распознавания объектов.

Она может относиться к любой форме взаимодействия через прикосновение. Например:

• В невербальной коммуникации — способы, которыми животные и люди общаются и взаимодействуют через прикосновение.
• Во восприятии — буквально способность «понять что-то».
• В технологиях — создание ощущения прикосновения путём приложения сил, движений или вибраций к пользователю.

В этой статье мы фокусируемся на технологических аспектах тактильной обратной связи: истории, реализации и применениях. Начнём с баз: что такое тактильная обратная связь?

Определение: Тактильная обратная связь — наука о применении тактильных ощущений и управления к взаимодействию человека с компьютерными приложениями. Тактильное устройство подразумевает физический контакт между пользователем и компьютером через устройство ввода-вывода: геймпады, джойстики.

Как реализуется тактильная обратная связь?

Тактильная технология реализуется двумя способами: Вибрация и Силовая обратная связь

1. Вибрация: Большинство электронных устройств дают тактильную обратную связь через вибрацию. Обычно она генерируется электродвигателем с несимметричной массой на валу. При вращении вала неправильная масса вращается, вызывая тряску устройства.

Современные устройства (iPhone, MacBook) используют вибрацию для тактильной обратной связи. Но вместо электродвигателей они применяют магнитный голосовой катушку. Масса движется реципрочно, обеспечивая более короткое время отклика и точное тактильное изображение.

2. Силовая обратная связь: Многие устройства используют моторы для управления движением объектов, удерживаемых пользователем. Системы помощи водителю и гонки — лучшие примеры. Они поворачивают руль и нажимают педали газа/тормоза, имитируя силы при вождении реального авто.

Применения

Ранние версии тактильной технологии впервые использовались в крупных самолётах с системами отрицательной обратной связи обнаружения ошибок. Они предупреждали об опасных условиях полёта, чтобы операторы могли «почувствовать» и обойти невидимые барьеры.

Жилет с силовой обратной связью Aura Interactor | Image credit: Wikimedia

В начале 1970-х в Bell Telephone Lab разработали первую тактильную коммуникационную систему. Два десятилетия позже появились носимые устройства с силовой обратной связью и системы с личными тактильными интерфейсами.

Сегодня тактильная технология имеет десятки применений: от робототехники и медицины до виртуальной реальности.

1. Настольные и мобильные устройства

Taptic Engine в iPhone | Image credit: iFixit

Apple внедрила тактильный трекпад в линейке MacBook. В 2015 году компания добавила трекпады Force Touch во все MacBook, имитирующие клики через Taptic Engine. Эта технология использует датчики давления, добавляя новый метод ввода на устройства Apple.

Большинство смартфонов используют тактильную вибрацию, чтобы пользователь знал, что касание принято. Некоторые применяют поверхностную тактильную технологию, создающую эффекты на сенсорных экранах и других физических поверхностях.

Тактильные дисплеи выдают графическую и текстовую информацию через прикосновение. Они невероятно помогают глухим или слепым людям.

2. Видеоигры

Контроллер Xbox One с технологией Impulse Trigger

Аркадные игры вроде Fonz начали использовать тактильную обратную связь в середине 1970-х. К концу 20-го века тактильные устройства — джойстики, геймпады, рули — стали обыденными.

Сегодня многие джойстики и консольные контроллеры имеют встроенные устройства обратной связи, включая Impulse Trigger от Microsoft и DualShock от Sony.

В 2018 году Razer представила беспроводную гарнитуру Nari Ultimate с парой широкополосных тактильных драйверов. Sony также рассматривает включение сопротивления триггеров для более точной тактильной обратной связи в контроллерах PlayStation 5.

3. Автомобилестроение и авиация

Тактильная обратная связь интегрирована в большие сенсорные панели управления на приборных панелях авто. Повышает безопасность, подтверждая приём тактильных команд, чтобы водитель не отвлекался от дороги.

Также даёт дополнительную тактильную информацию: вибрационный алерт при превышении скорости.

Авиация также приняла тактильную технологию для сообщения о том, как маневренность влияет на границы полётной оболочки. Тактильные системы используют силовую и жёсткостную обратную связь для снижения риска входа пилотов в небезопасные режимы полёта: сход, перескорость, перегрузки.

4. Робототехника

Новая робототехническая технология управления под названием haptics разрабатывается для выполнения сложных задач через телеприсутствие. Хирургические роботы позволяют врачам оперировать с другой стороны света или манипулировать предметами, слишком мелкими/тесными для рук.

Несколько исследований показали, что добавление тактильной обратной связи к управлению роботами повышает точность и снижает повреждение тканей. Также позволяет врачам тренироваться на пациентах, существующих только в VR, получая ощущение реального рассечения и наложения швов.

Такие роботы помогут в различных ситуациях: спасение людей из бедствий, разминирование, ремонт космических инструментов без выхода в открытый космос.

Исследователи разработали тактильную перчатку с 120 микрогидравлическими актуаторами, давящими на кожу пользователя так, как сделал бы реальный предмет. На установленной на передвижную антропоморфную роботизированную руку она чувствует всё, что кончики пальцев человека: температуру, силу, вибрацию.

Читайте: 15 разных типов роботов | Объяснено

5. Медицина

Whole Hand Haptics | Credit: Center for image analysis

В медицине тактильные интерфейсы используются для тренировки инвазивных процедур: интервенционная радиология, лапароскопия, обучение стоматологов.

Центр анализа изображений работает в этой сфере более десятилетия: разработал систему HASP, сочетающую стереовизуализацию с высокоточной тактильной обратной связью для предоперационного тестирования восстановления костных фрагментов.

Также созданы гибкий тактильный инструмент лепки, тактильный инструмент выравнивания для визуальной сборки и Whole Hand Haptics с настоящими 3D-дисплеями.

6. Виртуальная реальность (VR)

Тактильный жакет NeoSensory

Тактильная технология VR добавляет измерение к искусственному миру, позволяя пользователям чувствовать виртуальную среду через прикосновение в дополнение к аудиовизуальному восприятию.

Многие компании выпускают интригующие тактильные продукты: торсовые или полнотельные тактильные костюмы для по-настоящему погружающего опыта.

Disney, например, сделала Force Jacket, имитирующую физические ощущения у носящего. Это 5-фунтовый софт-контролируемый жакет с клапанной системой, надувающей и сдувающей 26 воздушных отсеков. Жакет для игровой и развлекательной индустрии.

Другая компания, NeoSensory, разрабатывает тактильный жакет, позволяющий чувствовать прикосновение к стене, к другому аватару, объятие, капли дождя, выстрелы и даже взрывы.

Читайте: 18 лучших приложений дополненной реальности (AR)

В целом, будущее тактильной технологии не ограничено телеоперациями и симуляторами. Она интегрируется во весь человеческий опыт. Позволит всё большему числу людей переживать то, чего они иначе никогда бы не пережили.