Представьте возможное недалекое будущее. Женщина сидит за компьютером и по видеосвязи беседует со своим маленьким сыном. При этом она мягко поглаживает тактильную пластину на отдельном экране. В ответ беспроводной пластырь на спине ребенка вибрирует в такт пальцам его матери, позволяя ему «чувствовать» ее физическое прикосновение.
«Если вы посмотрите, как сейчас работают VR и AR, то они в основном используют слуховые и зрительные каналы для создания эффекта погружения», — говорит Джон А. Роджерс, физик и материаловед из Северо-западного университета, чья команда помогла разработать новый тактильный пластырь. «Но мы думаем, что наша кожа, через ощущение прикосновения, может качественно дополнить опыт, который вы можете получить с помощью VR».
Ученые, технологические компании и любители DIY уже не один год экспериментируют с носимыми тактильными устройствами, такими как жилеты или перчатки, оснащенные вибромоторами. Но многие из них требуют тяжелых батарейных блоков, соединенных мешаниной проводов. К тому же из-за своего веса большинство из них вынуждены свободно прилегать к телу, а не надежно лепиться к коже.
Роджерс и его коллеги пошли другим путем: они разработали вибрирующий диск толщиной всего пару миллиметров, которому для работы требуется минимум энергии. Поэтому такой привод (термин, обозначающий устройство, которое обеспечивает физическое движение системы) может получать питание от связи ближнего радиуса действия (NFC) — беспроводного метода передачи небольшого количества энергии, который обычно используется для питания транспортных карт или электронных ключей для дверей.
«Мощность, необходимая для механических приводов, часто была ограничивающим фактором для действительно массового и масштабируемого использования таких технологий в мобильных устройствах», — говорит Юрген Штеймл, ученый из Саарского университета в Германии, который не участвовал в создании нового пластыря.
Исследователи утверждают, что одному новому приводу требуется мощность менее двух милливатт, что на порядок меньше, чем нужно их текущим механическим собратьям. «И это, на мой взгляд, ключевое изменение, поскольку оно позволяет нам создавать новые типы мобильных устройств, которые смогут эффективно работать от аккумулятора или даже, как в этом случае, использовать беспроводное питание», — говорит Роджерс.
Конечный продукт выглядит как легкий и мягкий кусок материала, подобного ткани, который может сгибаться и скручиваться, поддерживая прямой контакт с кожей пользователя при движении его тела, как гидрокостюм. Он состоит из тонких слоев электроники, зажатой между защитными силиконовыми листами. Один из слоев предназначен для получения энергии с помощью технологии NFC.
Энергия после этого передается на другой слой, содержащий массив приводов, представляющих по своей сути динамики (внутри них электромагнит, катушка и вибрирующий диск-диффузор), каждый из которых может быть активирован индивидуально и настроен на различные частоты вибрации, чтобы передать более сильное или более слабое ощущение прикосновения. Эта стопка электроники, по толщине немного тоньше коврика для мыши, завершается липкой поверхностью, которая крепится к коже.
Роджерс отмечает, что некоторые аспекты этой технологии уже существуют в других устройствах, но он говорит, что созданный его группой пластырь объединяет их по-новому. «Миниатюрные приводы, беспроводное управление, тонкая и гибкая конструкция, мягкий и нежный контакт с кожей, работа без батареи — это набор технологических функций, которые никогда раньше не встречались вместе в одном устройстве», — говорит он.
По словам Роджерса, «когда вы соберете все это вместе, вы получите совершенно другой тип платформы, которая, я думаю, послужит действительно мощной отправной точкой для того, что в конечном итоге может стать костюмом для всего тела, где у вас может быть 1000 приводов, и все они контролируется одновременно, с форм-фактором, который люди действительно захотят использовать».
Штеймл указывает, что другие команды разработали более тонкие приводы, но те использовали иные методы стимулирования кожи. Модули, которые физически вибрируют, «имеют тенденцию быть тяжелыми, жесткими, громоздкими и энергозатратными», — говорит он. «В рамках ограниченного механического движения это выдающаяся работа».
Исследователи также тестировали прототипы пластырей различных форм и размеров, подходящих для разных частей тела — например, круглый для тыльной стороны ладони и X-образный для верхней части спины. В одной из демонстраций была показана сцена в начале статьи с мамой и ребенком.
В другой человек с протезом держит стаканчик с кофе. Каждый искусственный палец снабжен датчиками, которые общаются с новым пластырем на его предплечье, предоставляя тактильную информацию об объекте, который держит его роботизированная рука. И, наконец, в последней демонстрации на руки и грудь геймера были наклеены несколько таких пластырей, так что он мог почувствовать пропущенные удары на себе.
Хотя Роджерс и его коллеги создали новый стартап, чтобы потенциально коммерциализировать свое устройство, они признают, что проект еще нужно дорабатывать. В ближайшем будущем, по словам Роджерса, они надеются сделать пластырь легче, тоньше и гибче.
Они также экспериментируют с его чувствительностью: поскольку приводы настроены на вибрацию на частотах, к которым кожа более-менее восприимчива, они теоретически могут передавать более сильное или более слабое прикосновение (хотя это требует более совершенной системы для оценки получаемого сигнала, которая могла бы отличить нежное прикосновение от более грубого толчка).
Роджерс также считает, что будущие версии тактильного пластыря смогут производить больше типов ощущений. В дополнение к перпендикулярному прикосновению к коже, он сможет передавать скручивающее движение или изменение температуры.
«Я думаю, что область применения довольно универсальна, и также совершенно очевидно, что нам нужна такая тактильная отдача», — говорит Штеймл. Он отмечает, что наиболее распространенными коммерчески доступными тактильными устройствами являются смартфоны, которые оснащены простейшими вибромоторами и призваны всего лишь донести уведомление до пользователя без звука.
Он также надеется, что за «тактильным VR» будущее. По его словам, «все, что помогает нам улучшить выразительность тактильного отклика, поможет нам реализовать более полное погружение в VR в будущем».
Ознакомиться с полной версией статьи можно на сайте журнала Nature.
