Беспроводная VR-перчатка позволит ощутить электрические разряды на кончиках пальцев

Инженеры из компании Fluid Reality разработали беспроводную гаптическую перчатку для виртуальной реальности, масса которой составляет около 200 грамм, а все ее электронные компоненты компактно размещаются на запястье пользователя. Устройство способно через тактильные площадки с матрицами гидравлических пикселей передавать на кончики пальцев ощущения от прикосновений к виртуальным объектам с разными формой, размерами и текстурой поверхности, а также от имитации высокочастотных динамических воздействий, таких, например, как капли воды, потоки воздуха и электрические разряды. Доклад с описанием разработки опубликован в рамках конференции UIST 2023.

Одна из существующих проблем в разработке интерфейсов виртуальной реальности связана с отсутствием эффективных способов имитации физического взаимодействия с виртуальными объектами. Используемые во многих серийно выпускаемых VR-устройствах контроллеры обычно могут лишь вибрировать, когда пользователь соприкасается с чем-нибудь в виртуальном мире, но это трудно назвать полноценной имитацией. Для решения этой проблемы инженеры давно работают над созданием гаптических VR-перчаток, способных имитировать физический контакт пальцев с предметами более точными способами. Однако многие из продвинутых моделей, таких, например, как HaptX G1, слишком тяжелы и требуют наличия громоздкого дополнительного оборудования, что создает существенные неудобства для пользователя.

Этого недостатка лишено устройство, созданное инженерами из компании Fluid Reality, основанной сотрудниками Университета Карнеги — Меллона. Они разработали VR-перчатку с гаптической отдачей, масса которой составляет всего лишь около 200 грамм. При этом все ее компоненты имеют компактный размер и умещаются непосредственно на руке и запястье пользователя, включая миниатюрный одноплатный компьютер с беспроводным модулем и аккумулятор, который позволяет устройству работать на протяжении примерно двух часов.

Тактильные ощущения обеспечиваются 160 актуаторами, которые размещены на отдельных площадках толщиной пять миллиметров, закрепляющихся на кончиках всех пяти пальцев руки с помощью клипс. Площадки содержат массив из «тактильных пикселей», расположенных с плотностью 20 штук на квадратный сантиметр. Каждый пиксель представляет собой по сути небольшой гидравлический насос без движущихся частей, работающий по принципу электроосмоса, благодаря которому рабочая жидкость (пропиленкарбонат) прокачивается через пористую мембрану под действием электрического поля. Избыточное давление, создаваемое насосом, надувает на внешней поверхности площадки, покрытой силиконом, пузырь, который надавливает на подушечку пальца, создавая тем самым тактильное ощущение в определенном месте.

Для работы отдельного пикселя требуется около десяти милливатт энергии. Все вместе они образуют матрицу, с помощью которой можно на каждом пальце имитировать прикосновения к объектам с разной формой, размерами, материалом и текстурой поверхности, а также получать отклик, который передает ощущения, например, от удержания объектов или от ударов по ним рукой. Высокая разрешающая способность матриц из пикселей позволяет передавать, к примеру, ощущения от нажатия на отдельные струны при игре на виртуальной скрипке. Кроме этого, благодаря тому, что пиксели могут активироваться с частотой до 300 герц, перчатка может передавать высокочастотные динамические эффекты, такие, например, как механические вибрации, ощущения от множества падающих на руку капель жидкости, воздействие на кожу потоков воздуха и электрических разрядов.

Представленный прототип — это пока лишь ранняя исследовательская версия, характеристики которой будут улучшаться в будущем. В частности планируется поработать над еще большей миниатюризацией и снижением массы, а также над увеличением времени работы от одного заряда аккумулятора. По оценке самих разработчиков, стоимость созданного ими устройства при серийном производстве не будет превышать тысячу долларов, что значительно меньше, чем стоимость упомянутого выше комплекта гаптических VR-перчаток HaptX G1 с необходимым дополнительным оборудованием, которое обойдется покупателю более чем в пять тысяч долларов.

Кроме одежды с тактильными модулями существуют и более экзотические способы для передачи ощущений от взаимодействия с виртуальным миром. Например, инженеры из Германии и Канады предложили использовать для имитации физического отклика на взаимодействие с виртуальной средой с помощью квадрокоптера, который летает вокруг пользователя и оказывает воздействие на него через нить, закрепленную на какой-нибудь части тела с помощью кольца с подвижным элементом.