Привязанный к телу человека дрон поможет повысить реалистичность виртуальной реальности
А также пригодится для реабилитации пациентов
Инженеры из Германии и Канады разработали технологию, которая поможет улучшить имитацию ощущений от взаимодействия пользователя с объектами в виртуальной реальности. Она представляет собой квадрокоптер, который летает возле пользователя и оказывает воздействие через нить, прикрепленную к кольцу с подвижным элементом на теле пользователя, имитируя физический отклик на взаимодействие с виртуальным объектом. Разработчики надеются, что такой способ имитации взаимодействия поможет повысить реалистичность ощущений в виртуальной реальности, а также пригодится для реабилитации пациентов при выполнении физических упражнений. Статья о разработке опубликована в сборнике материалов конференции UIST ’22
Эффект присутствия в виртуальной реальности достигается не только за счет высокого качества изображения в VR-шлемах, но и за счет технологий, которые имитируют физическое взаимодействие пользователя с виртуальными объектами. Например, американские инженеры предложили использовать ультразвуковые излучатели, встроенные в VR-очки, для имитации ощущений от ветра и капель дождя на лице пользователя, а исследователи из Технологического института Тойохаси в Японии разработали устройство, которое имитирует ощущения от ходьбы с помощью вибрации. Однако многие подобные устройства имеют ограниченную функциональность и способны имитировать физическое воздействие только одного типа в ограниченном диапазоне направлений и только на определенные части тела пользователя.
Инженеры под руководством Мартина Файка (Martin Feick) из Саарского университета в Германии предложили применять летающие дроны для имитации ощущений от физического взаимодействия с объектами внутри виртуальной реальности. Для этого дрон соединяют с телом человека с помощью тяги, выполненной из полиамидной или нейлоновой нити. Один из концов нити крепится к крюку на подвижном кольце, расположенном поверх другого неподвижного пластикового кольца. Оно прилегает непосредственно к телу, и его можно надеть, например, на пальцы, лодыжки или запястья пользователя. Таким образом, за счет подвижности точки крепления, которая может поворачиваться вслед за летающим вокруг пользователя дроном, может меняться и направление приложения силы. Кроме того, дронов может быть несколько.
Поведение дронов в воздухе и траектория их движения изменяется в зависимости от событий, происходящих в виртуальной реальности. Они двигаются синхронно с телом пользователя, избегая натяжения нити и уклоняясь от столкновений с ним и друг с другом до тех пор, пока не потребуется приложить силу в заданном направлении, чтобы сымитировать отклик на какое-либо действие в вирутальной реальности. Например, в сценарии, когда пользователь ударяет ногой по виртуальному мячу, прикрепленный к лодыжке дрон резко натягивает нить в противоположном направлении, имитируя отдачу, которую должен испытать пользователь при взаимодействии с объектом.
Если пользователь нажимает на виртуальную кнопку указательным пальцем, то дрон соединенный с креплением на указательном пальце начинает двигаться вверх, создавая натяжение нити, имитирующее силу с которой пружина кнопки воздействовала бы на палец пользователя. Этот же подход можно использовать и для имитации взаимодействия с другими людьми в виртуальном пространстве, например, при обучении новым навыкам с помощью удаленного тренера.
Для испытаний инженеры построили небольшой квадрокоптер размером 95 миллиметров и весом 72 грамма. Система позиционирования в пространстве состоит из закрепленных на неподвижной алюминиевой раме 13 камер. Она отслеживает местоположение дрона по расположенным на нем меткам в области пространства 5×5×2,5 метра. Крепления для нити изготавливаются из пластика методом 3D-печати и состоят из двух элементов: неподвижного основания, которое прилегает к телу пользователя, и подвижного кольца с креплением для нити, скользящего поверх основания.
По словам инженеров, помимо применения в сфере виртуальной реальности их система, получившая название HapticPuppet, может быть использована в программах по реабилитации пациентов при выполнения физических упражнений. Однако им еще придется решить множество вопросов, связанных с реализацией этой технологии, например, необходимо разработать алгоритмы, позволяющие использовать больше чем один квадрокоптер одновременно, чтобы они не сталкивались в воздухе и не запутывали тяги между собой.
Желание повысить реализм виртуальной реальности может принимать достаточно необычные и экстремальные формы. Например, сооснователь компании Oculus Палмер Лаки создал VR-шлем, способный убить своего пользователя в реальности. Для этого в устройство встроены три пиропатрона, активирующиеся, если игрок погибает в виртуальном мире.
При этом он может взаимодействовать с хрупкими объектами, не повреждая их
Американские инженеры создали простой и недорогой киригами-манипулятор. Он представляет собой лист материала со множеством прорезей, образующих определенный рисунок, благодаря которому при растяжении лист выгибается, образуя купол со смыкающимися лепестками. С помощью манипулятора можно точно взаимодействовать с ультратонкими и хрупкими объектами, не повреждая их, а также поднимать грузы в 16000 раз тяжелее собственной массы захвата. Статья с описанием конструкции опубликована в журнале Nature Communications. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Все попытки инженеров разработать универсальный мягкий манипулятор для роботов, который смог бы совместить в себе одновременно высокую точность и способность поднимать тяжелые предметы, обычно упираются в компромисс между гибкостью, прочностью и точностью захвата объектов. К примеру, мягкий манипулятор ROSE, напоминающий своей формой цветок, имеет довольно высокое значение отношения грузоподъемности к собственной массе и способен захватывать хрупкие предметы, не нанося им вреда, например, куриное яйцо. Однако из-за особенной формы и способа срабатывания он не может захватывать слишком мелкие объекты, такие как нити и тонкие листы. Инженеры под руководством Цзе Иня (Jie Yin) из Университета Северной Каролины предложили конструкцию манипулятора, которая способна решить эту проблему. В ее основе лежит японская техника складывания и вырезания бумаги киригами. Манипулятор изготавливается из тонкого листа полиэтилентерефталата (PET) толщиной 127 микрометров, в котором с помощью лазера делается множество узких прорезей по определенному паттерну. Благодаря этим прорезям при растяжении в перпендикулярном направлении лист выгибается, принимая форму, напоминающую шаровидную клетку, состоящую из двух половин в виде смыкающихся лепестков. Для срабатывания захвата достаточно лишь растянуть его в одном направлении, поэтому манипулятор можно использовать как дополнение к уже существующим моделям роборук и протезам без серьезных переделок. Давление, с которым половинки захвата воздействуют на объект, составляет всего около 0,05 килопаскаля. Это позволяет безопасно поднимать очень мягкие и хрупкие объекты с близкой к нулю жесткостью. Авторы экспериментировали с каплями воды, кетчупом, сырым яичным желтком, икрой, пудингом, а также с мягкими живыми организмами, такими как медузы. Сетчатая структура манипулятора подходит и для манипуляций с острыми объектами, например, медицинскими иглами. Они проходят сквозь прорези в материале, никак не влияя на целостность и функциональность манипулятора. Манипулятор может очень точно взаимодействовать с тонкими гибкими предметами, к примеру, с нитями толщиной 2 микрометра, что меньше толщины человеческого волоса в 40 раз, и с тонкими листами до 4 микрометров. Для демонстрации точного взаимодействия с объектами в бытовых условиях, инженеры прикрепили манипулятор к концам эффекторов протеза. Оказалось, что с помощью такого дополнения можно легко выполнять действия, иначе конструктивно недоступные для протеза. Брать очень мелкие предметы с поверхности, например, ягоды винограда, не повреждая их, и переворачивать страницы книги. Одновременно с высокими характеристиками точности и способностью взаимодействовать с очень хрупкими объектами, манипулятор обладает рекордным значением отношения массы полезной нагрузки к собственной массе. Масса захвата составляет всего 0,4 грамма, однако оказалось, что он способен поднимать объекты в 16000 раз тяжелее себя. Это, по словам авторов, в 2,5 раза превосходит предыдущий рекорд, который составлял 6400. https://www.youtube.com/watch?v=xfI5V6SuO60&t=1s Материал для захвата можно использовать биоразлагаемый. В этом случае его можно применять для задач, ограниченных по времени и числу применений, к примеру, для биомедицинских целей в качестве одноразового устройства. Техника оригами также часто используется в робототехнике. Например, японский инженер использовал ее для создания механического одноразового захвата, полностью состоящего из обычной офисной бумаги.
