Виртуальная реальность стала действительно захватывающей за последние несколько лет, но за некоторыми исключениями восприятие такой «реальности» в конечном итоге ограничивается зрением и слухом. Вы надеваете гарнитуру, подключаете наушники, и на этом ваш опыт погружения заканчивается. Остальные наши чувства обычно остаются в стороне, чаще всего по вполне разумным техническим причинам.
Однако для массовой VR такие подходы, очевидно, плохи: во-первых, вы точно не хотите чувствовать себя стесненным в играх из-за аппаратного обеспечения, а, во-вторых, мало кто согласится отдать за устройство виртуальной реальности больше условной тысячи долларов. Поэтому увы — от тактильных ощущений пока что придется отказаться, а что насчет температурных?
Для них в качестве аппаратного обеспечения можно использовать элементы Пельтье, которые могут выполнять термоэлектрический нагрев и охлаждение всего, к чему они подключены. Они работают достаточно быстро и четко, но они потребляют много энергии, что делает их непрактичными для длительного использования, так как вам потребуется таскать с собой батареи. Другие температурные решения для VR, такие как тепловые лампы, еще хуже.
Исследователи из Чикагского университета придумали гораздо более энергоэффективный способ генерирования различных температурных ощущений в виртуальной реальности, и они сделали это, «хакнув» наш нос. Используя очень специфические химические вещества для доступа к тройничному нерву в носу, они могут заставить вас ощущать жар и холод через запахи, причем вы не будете осознавать, что чувствуете последние.
Тройничный нерв соединяет ваш мозг с большей частью вашего лица, и он обрабатывает кучу сенсорной информации, включая запах и температуру. Фактический механизм определения температуры завязан на канальные ионные рецепторы, и я пожалуй пропущу всю не важную сейчас биохимию их работы. Нам важно лишь то, что эти рецепторы могут активизироваться либо определенной температурой кожи, либо определенными видами аэрозольных химических веществ.
Вы скорее всего испытывали это на себе: когда вы нюхаете мяту, вы ощущаете холод, потому что ментол в мяте запускает рецептор в вашем тройничном нерве под названием TRPM8, который реагирует как на ментол, так и на температуру ниже 25 °C. С другой стороны, капсаицин (который вы можете найти в остром перце) запускает рецептор TRPV1, который реагирует на температуру выше 42 °C.
И это ключ к тепловым ощущениям в VR: рецептор, который может быть активизирован температурой или химическим веществом, в любом случае посылает один и тот же температурный сенсорный сигнал в ваш мозг. Исследователи описывают это как «дуальность восприятия», поэтому если вы распылите одно из этих химических веществ рядом с носом и вдохнете его, вы почувствуете изменение температуры.
Хотя запахи могут вызывать температурные ощущения, для виртуальной реальности это не принесет особой пользы, если вам придется чувствовать определенный запах каждый раз, когда нужно передать определенную температуру. К счастью, чистый капсаицин сам по себе не пахнет, так что его можно использовать, запустив рецептор TRPV1 в вашем тройничном нерве и ощутить жар на своем лице без всякого запаха.
«Ощущение температуры было в основном локализовано на лице и определенно связано с дыханием», — сказал автор исследования Джас Брукс. «Я не почувствовал никакого запаха, но ощутил нарастающее ощущение тепла, как будто мое лицо на какое-то время согрелось солнечным светом».
Передача холода сложнее, потому что ментол обладает очень сильным и характерным запахом, так что исследователи вместо него решили использовать эвкалиптол для активации рецептора TRPM8. Эвкалиптол также имеет заметный запах, но он гораздо менее характерен, описывает Брукс: «с эвкалиптолом эффект был еще более интенсивным: он ощущался как вдох на прохладном, свежем воздухе. К сожалению, если принюхаться, то можно было уловить запах эвкалипта, но его сложнее распознать по сравнению с ментолом, легко узнаваемым как мята». Он также добавил, что «оба ощущения тепла/прохлады, которые мы смогли получить, в виртуальной реальности были удивительно захватывающими, но определенно не такими интенсивными, как непосредственный нагрев/охлаждение воздуха или кожи».
Прототип устройства для подачи запахов в нос.
Брукс говорит, что у него есть несколько идей, чтобы исправить описанные недочеты. В идеале, исследователи планируют найти химическое вещество, которое работает лучше, чем капсаицин (и также не имеет какого-либо обнаруживаемого запаха). На роль «заморозки» есть ицилин — синтетическое химическое вещество, которое может активировать TRPM8 более чем в два раза активнее, чем ментол. Существует также возможность использовать саму виртуальную реальность для маскировки «температурных» запахов, перебивая их более мощным запахом, который соответствует событию, происходящему в игре (например, резкий запах резины в гонках точно отобьет запах ментола).
Если ни одна из стратегий выше не сработает как надо, исследователи разработали своего рода «ядерный» вариант, называемый розовым запахом. Розовый запах аналогичен розовому шуму, который похож на белый шум, практическое применение которого состоит в том, чтобы заглушить другие шумы, производя «хаотический» шум. Белый шум — это, по сути, случайный шум, в то время как розовый шум — это случайный шум, который сбалансирован таким образом, чтобы в каждой октаве было равное количество энергии (что делает его звучание немного глубже).
Розовый запах пытается сделать для запахов то же, что розовый шум делает для звука, используя сбалансированный «шум» из неопознаваемых запахов, чтобы заглушить любые другие запахи, которые пользователь может распознать. «Это сбивающее с толку ощущение, — говорит Брукс, — именно для этого оно и предназначено. Вы можете сразу же почувствовать что-то, но нам (авторам) было трудно распознать, что это за запах, именно из-за обонятельного шума, даже если мы знали, что в нем точно есть ментол».
Прототип системы доставки запахов небольшой, весит чуть более 100 грамм вместе с батарейками. Он потребляет всего 0.25 Вт, что в 20-50 раз меньше, чем у обычных элементов Пельтье. «Энергоэффективность — наше все», — говорит Брукс. «В конечном счете, любые новые механизмы для VR/AR будут успешными только в том случае, если они осуществимы в мобильном контексте. Если мы хотим, чтобы тепловые ощущения были портативными, устройство должно быть небольшим и энергоэффективным». Три миллилитровых флакона с жидкостью хватит на 6 часов создания ощущения нужной температуры, при этом устройство каждые шесть секунд направляет распыленную аэрозоль к носу пользователя. Вот видео того, как это выглядит в действии:
Такое устройство может создавать дискретные уровни ощущения высокой или низкой температуры, изменяя частоту распыления веществ. Брукс также отметил, что есть и другие рецепторы, которые кодируют различные температурные уровни, которые они хотели бы исследовать, наряду с широким разнообразием синтетических соединений, которые могут производить более сильные температурные ощущения. Исследователи также думают над тем, могут ли существовать способы активации этих рецепторов с помощью электрической стимуляции, и если да, то могут ли они получить таким образом доступ к различным рецепторам в других частях тела.
