Обман рецепторов позволил VR-шлему передать тепло и холод через нос

Американские инженеры разработали насадку на VR-шлемы, благодаря которой пользователь может чувствовать тепло и холод. Несмотря на эффект, она физически не меняет температуру тела человека — вместо этого она вдувает в нос капсаицин и аналог ментола цинеол, которые активируют рецепторы температуры и тем самым обманывают тройничный нерв, заставляя его передавать в мозг сигналы об изменении температуры. Поскольку цинеол, в отличии от капсаицина, имеет собственный мятный запах, устройство может добавлять в выдуваемый воздух еще несколько маскирующих веществ. Разработка была представлена на конференции CHI 2020, а ее авторы получили награду за лучшую статью.

Устройства виртуальной реальности, как правило, охватывают не весь спектр чувств человека, а лишь зрение и слух. Из-за этого пользователь находится в промежуточном состоянии, в котором он получает информацию как из реальности, так и из виртуального мира. Инженеры давно работают над тем, чтобы сгладить это несоответствие в сигналах от разных органов, изобретая устройства для имитации того или иного ощущения. Обычно они используют самый прямой подход: например, если необходимо имитировать сопротивление виртуального предмета, для этого используют пропеллеры, давящие на руку.

Педро Лопес (Pedro Lopes) вместе со своими коллегами из Чикагского университета выбрал в новой разработке другой подход, при котором устройство использует естественные нервные механизмы для более реалистичной имитации. Они использовали не прямое нагревание частей тела или лица, а особенности работы рецепторов тепла. Дело в том, что за ощущение холода или тепла у человека отвечают ионные каналы транзиторного рецепторного потенциала (TRP). Их основная функция заключается в том, что они активируются и открывают канал для ионов при достижении пороговой температуры: рецептор TRPM8 активируется при температуре 25 градусов Цельсия и ниже, а TRPV1 при температуре 42 градуса и выше. После активации сигналы от рецепторов отправляются по тройничному нерву в мозг и человек чувствует холод или тепло.

Но эти же рецепторы можно активировать и определенными веществами: TRPV1 активируется капсаицином, а TRPM8 ментолом и несколькими другими веществами. Именно поэтому острый перец кажется нам горячим, а мятные конфеты — наоборот, холодными. Инженеры использовали этот принцип для создания ощущения тепла и холода в VR-шлеме. Для этого в насадке на шлем есть небольшие насосы и баночки с жидкостями. Распылитель, идущий от насосов, располагается прямо под носом и вдувает вещества по команде.

Для имитации тепла авторы использовали капсаицин. Он почти идеально подходит для этой задачи, потому что оказывает сильный эффект, но при этом не имеет собственного запаха. Имитация холода устроена сложнее. Самый сильный эффект на рецепторы TRPM8 оказывает ментол, но он имеет сильный запах. Вместо него инженеры опробовали несколько других схожих веществ и остановились на цинеоле, который содержится в эвкалипте. Его запах намного менее интенсивен, чем у ментола, но все же заметен, поэтому разработчики добавили третью баночку и насос. Они позволяют примешивать к цинеолу смесь, которую авторы назвали «розовым запахом» по аналогии с розовым шумом в акустике и электротехнике. Смесь состоит из семи компонентов, которые имеют различные сильные запахи. Из-за такого состава человек сразу может почувствовать запах, но не может различить, какой именно. Это позволяет скрывать за этим запахом цинеол.

Разработчики протестировали устройство на добровольцах, которые надевали VR-шлем и попадали в места с разным климатом или температурой. Сравнение с выключенной обонятельной стимуляцией показало, что имитация холода и тепла с помощью веществ дала статистически значимо больший эффект.

Инженеры, разрабатывающие устройства для виртуальной реальности, ранее использовали другие виды стимуляции органов чувств или особенности работы мозга для усиления реалистичности виртуального мира. Например, американские разработчики научили VR-шлем отслеживать саккады и в эти моменты немного поворачивать мир вокруг пользователя, чтобы он мог уместиться в небольшой реальной комнате, но при этом ощущать, будто прошел большое расстояние в виртуальном мире. Также разработчики используют прямую электростимуляцию: некоторые таким образом имитируют столкновения со стенами, а другие обманывают вестибулярный аппарат.

Григорий Копиев