Для виртуальной реальности разработали подвесной экзоскелет
Немецкая компания Holotron представила прототип экзоскелета для виртуальной реальности. Он подвешен на стене и может наклоняться вместе с человеком в разные стороны, а также способен воспроизводить усилия, действующие на тело во время контакта с объектами виртуального мира.
Современные серийные системы виртуальной реальности обеспечивают реализм и погружение, задействуя зрение и слух. Однако для полного погружения в виртуальный мир необходимо имитировать реальный мир и для других органов чувств. Ключевой недостаток современных VR-шлемов заключается в невозможности имитации физического контакта. Например, при открывании двери человек толкает или тянет ее на себя и чувствует сопротивление, поскольку дверь имеет некоторую массу и может быть закреплена на плохо раскрывающихся петлях. Обычный VR-шлем с контроллерами не может корректно передать это взаимодействие. Существуют лабораторные проекты и отдельные серийные устройства, имитирующие физический контакт и сопротивление предметов, но чаще всего они представляют собой активные VR-перчатки, поэтому с их помощью можно имитировать только контакт виртуальных предметов с руками.
Компания Holotron разработала экзоскелет для виртуальной реальности, в основном предназначенный для имитации взаимодействия виртуального мира с ногами. Экзоскелет состоит из двух массивных рам для ног и поддерживающей рамы за спиной. В каждой ноге есть по два мотора: один отвечает за сгибание и разгибание колена, а второй предназначен для бедра. При обычной ходьбе человек может свободно двигать ногами, однако при контакте с предметами, например, с большим мячом, использованным в демонстрационной программе, моторы передают на ногу усилие. Максимальное усилие составляет 150 ньютон-метров, но оно может быть программно ограничено для безопасности работы.
Главная особенность экзоскелета заключается в том, что он не стоит на полу, а подвешен на стене, причем он не зафиксирован на ней, а закреплен через платформу Стюарта. В исходном положении экзоскелет располагается параллельно стене, но за счет раздвигаемых ног платформы его можно наклонять в нужную сторону. Разработчики использовали это для нескольких применений, в том числе имитации пониженной силы тяжести и для более реалистичной езды на виртуальном лонгборде.
В нынешнем виде экзоскелет — это ранний прототип стоимостью 55 тысяч евро, собранный из простых компонентов. В том числе, существенная часть корпуса платформы собрана из дерева. В будущем инженеры планируют создать более компактную версию из металла, которая будет не крепиться на стену, а устанавливаться на пол и висеть на напольном подвесе.
Отдаленно похожая разработка есть у японских инженеров. Они создали VR-стенд, в котором пользователь сидит с надетым шлемом и смотрит виртуальную экскурсию. В это время стенд сам двигает ноги и руки человека, имитируя ходьбу, а также дует на него вентиляторами с распылителями ароматических веществ, имитируя ветер и запахи места, в котором проводится экскурсия.
Григорий Копиев
И реагировать на них движениями
Американские инженеры связали на автоматическом станке свитеры для роботов, которые помогают ощущать прикосновения с помощью вшитых датчиков нажима. Свитеры пригодятся, чтобы управлять движениями роботов на производстве. Работа доступна на arXiv.org. Для работы на производстве с людьми, роботам нужно быть очень осторожными, чтобы случайно не травмировать человека. Есть разные способы сделать роботов безопасными, например прикреплять к ним мягкие подушки. Другая идея — научить роботов быстро определять контакт и отодвигаться от человека. В отличие от людей, у роботов нет кожи, но для них можно сделать другую систему для распознавания ощущений из жестких или эластичных материалов, или даже одежду из текстиля, если встроить в нее датчики прикосновений. Одежду можно быстро изготавливать на ткацком станке в промышленных масштабах, и надевать на роботов разных форм и размеров. Группа инженеров из Университета Карнеги под руководством Джеймса МакКанна (James McCann) и Ян Вэньчжэня (Yuan Wenzhen) создала свитеры для роботов, которые могут надежно определять прикосновения. По словам авторов, обычно у текстильных сенсоров есть проблема: они быстро деформируются и перестают надежно работать. Исследователи попробовали с этим справиться, связав свитеры из трех слоев пряжи. Верхний и нижний слой сделаны из обычного нейлона, на котором чередуются широкие и узкие полосы. Широкие полосы сотканы из полиэстеровой металлизированной пряжи, которая хорошо проводит электричество, а узкие полосы изолятора сделаны из акрила. Средний слой — это сетка из района (искусственного шелка). Чем она тоньше, тем выше чувствительность свитера к легким прикосновениям, и наоборот — плотный средний слой подходит для сильных нажатий. Слои ткани с помощью пуговиц с проводами соединяются с устройством для считывания сопротивления, и вместе с ним превращаются в электронную схему. Когда кто-то дотрагивается до свитера, верхний и нижний слои ткани соприкасаются через отверстия в районовой сетке, и сопротивление в системе уменьшается. По сопротивлению можно определить силу нажатия. Инженеры протестировали, насколько надежно устройство определяет силу и место контакта со свитером. Первая серия экспериментов проверяла, как эффективность сенсоров меняется со временем. Эксперименты включали 42 секунды контакта с сенсорами по 20-30 раз на протяжении 4 дней. Авторы не приводят точные цифры результатов, но утверждают что сенсоры показывали стабильные результаты по определению места контакта все 4 дня, с небольшими погрешностями в конце эксперимента. Также исследователи протестировали точность сенсоров на плоской и изогнутой поверхности. На плоской поверхности по сопротивлению датчиков можно было точно определить силу нажатия. На изогнутой поверхности корреляция между сопротивлением и силой нажатия сохранилась, но выросло ее стандартное отклонение. Таким образом, сложность поверхности негативно повлияла на точность определения нажатия. Наконец, инженеры проверили эффективность чувствительных свитеров на роботах. Они надели свитер на робота Kuri, который должен был повернуть голову в ответ на прикосновение. В будущем технологию RobotSweater можно использовать, чтобы обучать роботов: например, похлопать по плечу в качестве похвалы. Пока инженеры показали, как свитеры могут пригодиться на производстве: например, промышленный робот в свитере останавливается и меняет направление движения в ответ на прикосновения. https://www.youtube.com/watch?v=YGUV1dHuCRc Прикосновения может определять не только одежда для роботов, но и искусственная кожа, которую разработала группа ученых из Стэнфордского университета. Пока кожу испытали на крысах, но авторы планируют в будущем встроить ее в человеческие протезы, чтобы улучшить их чувствительность.