Nel film Ready Steven One One di Steven Spielberg del 2018, basato sul libro di Ernest Cline del 2011, le persone entrano in un mondo immersivo di realtà virtuale chiamato OASIS. La cosa più avvincente della tecnologia futuristica in questo film di fantascienza non erano gli occhiali VR, che non sembrano così lontani dalle cuffie attualmente vendute da Oculus, HTC e altri. Era l'impegno di un senso oltre la vista e il suono: il tatto.
I personaggi indossavano guanti con un feedback che gli faceva sentire gli oggetti immaginari nelle loro mani. Potrebbero passare a tute per tutto il corpo che riproducevano la forza di un pugno sul petto o l'accarezzare una carezza. Eppure, anche queste capacità potrebbero non essere così lontane come immaginiamo.
Facciamo affidamento sul contatto - o "tattile" - informazioni continuamente, in modi che non riconosciamo nemmeno consapevolmente. I nervi nella nostra pelle, articolazioni, muscoli e organi ci dicono come sono posizionati i nostri corpi, quanto strettamente stiamo trattenendo qualcosa, com'è il tempo o che una persona cara sta mostrando affetto attraverso un abbraccio. In tutto il mondo, gli ingegneri stanno lavorando per ricreare sensazioni tattili realistiche, per i videogiochi e altro ancora. Coinvolgere il contatto nelle interazioni uomo-computer migliorerebbe il controllo robotico, la riabilitazione fisica, l'educazione, la navigazione, la comunicazione e persino lo shopping online.
"In passato, la tattica è stata brava a rendere evidenti le cose, con le vibrazioni nel telefono o i rumble pack nei controller di gioco", afferma Heather Culbertson, uno scienziato informatico dell'Università della California del sud. "Ma ora c'è stato uno spostamento nel rendere le cose più naturali, che imitano maggiormente la sensazione di materiali naturali e interazioni naturali."
Il futuro non è solo luminoso, ma strutturato.
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I dispositivi aptici possono essere raggruppati in tre tipi principali: afferrabile, indossabile e toccabile. Per afferrabile, pensa ai joystick. Un'applicazione chiara è nel funzionamento dei robot, in modo che un operatore possa sentire quanta resistenza sta spingendo il robot.
Prendi robot chirurgici, che consentono ai medici di operare dall'altra parte del mondo o di manipolare strumenti troppo piccoli o in spazi troppo stretti per le loro mani. Numerosi studi hanno dimostrato che l'aggiunta di feedback tattili al controllo di questi robot aumenta la precisione e riduce i danni ai tessuti e i tempi di funzionamento. Quelli con feedback tattile consentono anche ai medici di allenarsi su pazienti che esistono solo nella realtà virtuale, mentre hanno la sensazione del taglio e della sutura reali. Uno degli studenti di Culbertson sta attualmente sviluppando simulatori dentali in modo che la prima perforazione errata di uno studente dentale non avvenga su un dente reale.
Gli ingegneri stanno costruendo sistemi per trasmettere sensazioni tattili realistiche a videogiochi, controlli robotici e altro, con una gamma di possibili applicazioni. (Per gentile concessione di Knowable Magazine) Avere un'idea di ciò che sta facendo il robot sotto il tuo comando sarebbe utile anche per disinnescare le bombe o estrarre le persone dagli edifici crollati. O per riparare un satellite senza fare una passeggiata spaziale. Persino la Disney ha esaminato i robot tattili di telepresenza, per interazioni sicure tra uomo e robot. Hanno sviluppato un sistema che ha tubi pneumatici che collegano le braccia robotiche di un umanoide con una serie di bracci a specchio che un essere umano può afferrare. La persona può manipolare il robot specchio per far sì che il primo bot mantenga un palloncino, raccolga un uovo o picchietti un bambino sulle guance.
Su scala ridotta, il laboratorio del robotico Jamie Paik presso l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Losanna (EPFL) ha sviluppato un'interfaccia tattile portatile chiamata Foldaway. I dispositivi delle dimensioni e della forma di un sottobicchiere quadrato hanno tre bracci incernierati che si sollevano, incontrandosi nel mezzo. (Stefano Mintchev, un postdoc in laboratorio, li chiama "robot origami miniaturizzati".) Una piccola maniglia di plastica può essere bloccata in cima dove le braccia si incontrano, creando un joystick che agisce in tre dimensioni - e le braccia spingono indietro, per dare all'utente un senso degli oggetti contro cui stanno spingendo. Nelle demo, il team ha utilizzato i dispositivi per controllare un drone aereo, spremere oggetti virtuali e sentire la forma dell'anatomia umana virtuale.
Ci sono alcune sfide nell'afferrare tattili che potrebbero sembrare insormontabili - per esempio, come si fornisce un senso di peso quando si afferra e si sollevano oggetti digitali senza peso? Ma studiando neuroscienze, gli ingegneri sono riusciti a trovare alcune soluzioni alternative. Culbertson e colleghi hanno sviluppato un dispositivo chiamato Grabity per il problema della gravità. È una specie di morsa che si afferra e si stringe per raccogliere oggetti virtuali. Semplicemente vibrando in certi modi, può produrre l'illusione di peso e inerzia.
Ma "ingannare il cervello va solo così lontano", dice Ed Colgate, un ingegnere meccanico della Northwestern University che lavora nel settore tattile. A volte è facile rompere le illusioni tattili. A suo avviso, a lungo termine gli ingegneri dovranno ricreare la fisica del mondo reale - peso e tutto il più fedelmente possibile. "Questo è un problema davvero difficile."
Il dispositivo tattile afferrabile chiamato Grabity (in basso) fornisce l'illusione di peso e inerzia alla manipolazione di oggetti virtuali. Qui imita la sensazione di un blocco (in alto). (Per gentile concessione dello Stanford Shape Lab) I dispositivi afferrabili spesso sfruttano le sensazioni cinestesiche: sensazioni di movimento, posizione e forza mediate dai nervi non solo nella nostra pelle ma anche nei nostri muscoli, tendini e articolazioni. I dispositivi indossabili, d'altra parte, di solito si basano su sensazioni tattili - pressione, attrito o temperatura - mediate dai nervi della pelle.
Una varietà di dispositivi sperimentali viene indossata sul dito, premendo contro il polpastrello con diversi gradi di forza mentre si toccano oggetti nella realtà virtuale. Ma un dispositivo recente fornisce lo stesso tipo di feedback senza coprire il polpastrello. Invece, è indossato dove si potrebbe indossare un anello e contiene motori che allungano la pelle sottostante. Ciò mantiene le dita libere di interagire con gli oggetti del mondo reale pur rilevando quelli "virtuali" - una funzione utile sia per i giochi che per le applicazioni serie.
In un test, una persona poteva contenere un vero pezzo di gesso e sentire la pressione mentre "scriveva" su una lavagna virtuale in virtù di un'illusione tattile: mentre vedevano simultaneamente il gesso entrare in contatto con la lavagna e sentivano la pelle tesa, venivano ingannati a sentire la pressione sulla punta delle dita.
Più comunemente, i dispositivi tattili indossabili comunicano attraverso le vibrazioni. Il laboratorio di Culbertson, ad esempio, sta lavorando a un braccialetto che guida chi lo indossa vibrando nella direzione in cui deve girare. E NeoSensory, una società fondata dal neuroscienziato Stanford David Eagleman, sta sviluppando un giubbotto con 32 motori vibratori che è stato presentato in un episodio della serie di fantascienza Westworld della HBO in cui apparentemente aiutava i personaggi a identificare la direzione di avvicinamento ai nemici.
Una delle prime vere applicazioni del giubbotto sarà quella di tradurre il suono in sensazione tattile per rendere il linguaggio parlato più comprensibile per le persone con perdita dell'udito profonda o completa. Eagleman sta anche lavorando alla traduzione di aspetti del mondo visivo in vibrazioni per le persone non vedenti. Altri sforzi coinvolgono informazioni più astratte come i dati di mercato e ambientali - invece di una griglia che indica dove le cose sono spazialmente, un complesso schema di vibrazioni potrebbe indicare i prezzi di una dozzina di azioni.
Questa immagine mostra il design di un materiale morbido, flessibile, simile alla pelle, conforme al corpo, per dispositivi tattili indossabili. Gli strati del sensore e dell'attuatore sono separati da strati di silicone. Nello strato del sensore, il piombo zirconato titanato (PZT) traduce la forza in carica elettrica per il feedback al computer. Lo strato dell'attuatore contiene minuscole tasche che possono riempirsi d'aria più volte al secondo per un feedback vibratorio a chi lo indossa. (Adattato da HA Sonar et al / Frontiers in Robotics and AI 2016) I motori vibranti possono essere ingombranti, quindi alcuni laboratori stanno sviluppando soluzioni più confortevoli. Il laboratorio di Paik all'EPFL sta lavorando su una pelle di attuatore pneumatico morbido (SPA), un foglio di silicone flessibile spesso meno di 2 millimetri che è punteggiato da minuscole sacche d'aria. Possono essere gonfiati e sgonfiati in modo indipendente dozzine di volte al secondo e quindi agire come pixel - o "tasselli", per elementi tattili - creando una griglia di sensazioni. Potrebbero fornire sensazioni del tipo offerto dalle tute in Ready Player One o feedback sul posizionamento di robot o arti protesici. La skin SPA è inoltre incorporata con sensori realizzati in una nuova lega metallica resistente alla corrosione che consente di utilizzare la stessa skin per l'input del computer quando l'utente la stringe.
In arrivo anche un film tattile ancora più sottile - spesso meno di mezzo millimetro -, creato da Novasentis e realizzato con una nuova forma di plastica al fluoruro di polivinilidene che bilancia resistenza, flessibilità e reattività elettrica. Quando il film viene stratificato su un lato di un foglio di materiale flessibile e viene applicata una carica elettrica, il film si contrae e flette il foglio, esercitando una pressione sulla pelle. Novasentis sta ora fornendo il materiale ai produttori di dispositivi che lo indossano per la realtà virtuale e i giochi.
"È possibile distinguere tra acqua, sabbia e roccia", afferma Sri Peruvemba, vicepresidente marketing dell'azienda. I progettisti di realtà virtuale potrebbero anche creare rappresentazioni più astratte, come messaggi sensazionali sullo stato di un gioco. "Siamo in grado di creare un intero linguaggio tattile con la nostra tecnologia", afferma Peruvemba.
Le vibrazioni possono produrre un altro tipo di illusione tattile: la sensazione di trazione. Se un dispositivo che vibra avanti e indietro parallelamente alla superficie della pelle si muove rapidamente in una direzione e lentamente indietro nell'altra direzione, molte volte al secondo, sembra che stia tirando la pelle nella prima direzione.
Mentre la maggior parte dei dispositivi indossabili usa la sensazione tattile, possono anche usare l'ingresso muscolo-tendineo della sensazione cinestesica. Gli ingegneri hanno sviluppato esoscheletri robotici, una sorta di ponteggi legati al corpo con sensori e motori, che possono aiutare le persone paralizzate a camminare, dare ai soldati super forza e consentire alle persone di controllare i robot a distanza. Un laboratorio dell'EPFL ha sviluppato la FlyJacket, che si indossa con le braccia diritte verso i lati, collegate da pistoni alla vita. Non sembra particolarmente volare, ma consente alle persone di controllare il volo dei droni aerei muovendo le braccia e torcendo i loro torsi. Quando il drone sente una raffica di vento, lo fai anche tu.
L'ultima categoria di dispositivi sono interfacce tattili, come gli schermi degli smartphone che danno un piccolo urto quando si fa clic su un'app. Il lavoro di Culbertson va oltre i semplici dossi e ronzii. Simula la trama delle superfici usando ciò che lei chiama "tattica basata sui dati". Invece di scrivere complicati algoritmi o modelli fisici per generare vibrazioni che simulano quelle reali, registra ciò che accade quando qualcosa viene trascinato su tessuti diversi o altri materiali a velocità diverse e pressioni. Quindi ha una superficie che riproduce le vibrazioni quando una penna viene trascinata su di essa. Le applicazioni potrebbero includere shopping online e musei virtuali.
Un dispositivo tattile tattile consente all'utente di "sentire" trame diverse a seconda di quali schemi di vibrazioni vengono trasmessi attraverso la penna. Le vibrazioni cambiano in base alla velocità con cui viene spostata la penna o alla pressione esercitata dall'utente. L'obiettivo è simulare realisticamente la rugosità, la durezza e la scivolosità delle superfici. (Per gentile concessione di Heather Culbertson) Le superfici toccabili consentono anche tipi di illusioni. Ad esempio, dice Culbertson, riprodurre il suono di un pulsante mentre si fa clic sull'immagine di un pulsante fa sembrare che il pulsante stia effettivamente facendo clic. O far sembrare lo schermo deformarsi sotto il dito può renderlo più morbido. Le persone costruiscono la percezione collegando vista, suono, tatto, gusto e olfatto - e, come dice Culbertson, "È davvero facile ingannare il cervello se si ha una discrepanza tra i sensi".
I tattici realistici per la realtà virtuale possono essere per sempre ingombranti e costosi. O la tecnologia potrebbe eventualmente rendere Ready Player One un aspetto caratteristico. In entrambi i casi, come possiamo vedere con piccoli passi come il rombo pervasivo di controller di videogiochi e telefoni e orologi a vibrazione infinita, i dispositivi tattili sono qui per restare, aggiungendo una nuova dimensione alla nostra vita digitale.
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