پوست مصنوعی با فیدبک هپتیک و تجربه جدیدی از واقعیت مجازی

امروزه، با گسترش روزافزون فناوری، مردم کاملا به ضرورت حس لامسه و نقش فناوری هپتیک به‌عنوان بخشی از تعاملات هرروزه با گوشی‌ها و سایر دستگاه‌های هوشمند خود‌ پی برده‌اند. حس لامسه بخش مهمی از تعامل هرروزه‌ی افراد با محیط را شکل می‌دهد و این ورودی‌های کوچک می‌توانند اطلاعات زیادی را منتقل کنند. با این حال، افرادی که موفق به تجربه‌ی حس لامسه با فناوری هپتیک در ابزارهای واقعیت‌ مجازی شدند، می‌توانند کلیدی بودن این حس را در ایجاد تعامل و هرچه واقعی‌تر بودن این حس تأیید کنند.

هپتیک چیست؟

هپتیک (Haptic) از کلمه‌ی یونانی Haptesthai به‌معنی لمس‌کردن گرفته شده است. دانشمندان چندین دهه است که روی هپتیک تحقیق کرده و به نکاتی در رابطه با بیولوژی لامسه دست یافته‌اند. برای نمونه، آن‌ها می‌دانند که چه نوع گیرنده‌هایی در پوست بدن وجود دارد و چگونه اعصاب، اطلاعات را بین سیستم اعصاب مرکزی و نقطه‌ی تماس منتقل می‌کند. هپتیک به‌عنوان یک رشته‌ی تحقیقاتی، هم‌راستا با تکامل اتوماسیون پیش رفته است. قبل از تحول صنعتی، تحقیقات دانشمندان روی موجودات زنده برای کشف چگونگی نحوه‌ی لمس‌کردن آن‌ها متمرکز بوده است. زیست‌شناسان متوجه شدند که حتی موجودات زنده‌ی ساده‌ای چون ستاره‌ی دریایی و کرم‌ها نیز پاسخ‌های پیچیده‌ی لمسی از خود بروز می‌دهند. در اوایل قرن بیستم، روان‌شناسان و پژوهشگران پزشکی روی تجربه‌ی لامسه‌ی انسان‌ها تحقیقات گسترده‌ای انجام دادند. آن‌ها دریافتند که پوست دست مجهز به گیرنده‌ها، اعصاب و بخش‌های سیستم عصبی است که حس لامسه را به مغز و نخاع شوکی متصل می‌سازد.

ظهور هپتیک در دنیای فناوری

پس از توسعه‌ی ماشین‌ها و ربات‌ها، نیاز به وجود حس مذکور در این وسایل مکانیکی نیز احساس شد؛ بنابراین، پژوهشگران تلاش کردند تا راهی برای دریافت و درک این حس برای ماشین‌ها پیدا کنند. در دهه‌ی ۱۹۴۰ میلادی، سیستم‌های کنترل از راه دوری که در آن‌ها از فناوری هپتیک استفاده شده بود، برای جابه‌جایی مواد اتمی و خطرناک به کار گرفته شدند. در این سیستم‌ها کارگران از طریق رابط یک ماشین موفق به جابه‌جایی مواد خطرناک و سمی بدون وجود هیچ‌گونه خطر و ریسکی شدند. سرانجام دانشمندان موفق به ساخت طرح‌هایی شدند که در آن‌ها موتورها و سیگنال‌های الکترونیکی جایگزین اتصالات مکانیکی شده‌اند. پیشرفت بزرگ دیگر در قالب کامپیوترها وارد این عرصه شد. در ابتدا کامپیوترها برای کنترل ماشین‌ها در یک محیط واقعی مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ مانند کامپیوتری که رباتی را در خط مونتاژ یک کارخانه‌ی خودروسازی کنترل می‌کرد؛ اما در دهه‌ی ۱۹۸۰ میلادی، کامپیوترها توانایی تولید محیط‌های مجازی را پیدا کردند. در سال ۱۹۹۳ در آزمایشگاه هوش مصنوعی دانشگاه MIT دستگاهی ساخته شد که لامسه را شبیه‌سازی می‌کرد و در نهایت این امکان را فراهم ساخت تا بتوان چیزی را که به وسیله‌ی کامپیوتر به وجود آمده، لمس و حس کرد.

با وجود این، دانشمندان علم کامپیوتر مشکل بزرگی در انتقال دریافت و تجربه‌ی ابتدایی از حس لامسه به سیستم‌های واقعیت مجازی دارند. قابلیت تبدیل اشارات بصری و شنوایی به مدل‌های کامپیوتری آسان است ولی درباره‌ی حس لامسه اوضاع به این سادگی نیست. صفحه‌کلیدها به کاربران اجازه می‌دهند تا تایپ کنند و جوی استیک‌ها نیز می‌توانند لرزش و ویبره داشته باشند، اما چگونه یک کاربر می‌تواند آنچه در دنیای مجازی وجود دارد را لمس کند؟ چگونه کسی که در حال انجام بازی ویدیویی است، می‌تواند سختی و سرمای قسمت فلزی اسلحه‌ی شخصیت مجازی بازی را حس کند؟ چگونه یک فضانورد که در یک شبیه‌ساز کامپیوتری در حال آماده‌شدن برای سفر به فضا است، می‌تواند وزن یا ناهمواری‌های یک سنگ فضایی شبیه‌سازی‌شده را احساس کند؟ از دهه ۱۹۸۰ میلادی، دانشمندان علوم کامپیوتر در تلاش برای پاسخگویی به این سؤالات هستند که باعث شکل‌گیری علم هپتیک علوم رایانه شده است.

پوست مصنوعی

پژوهشگران انستیتوی فدرال فناوری سوئیس لوزان (EPFL) گام بزرگی در فناوری هپتیک برداشتند و موفق به ساخت پوست انعطاف‌پذیر مصنوعی شدند. این پوست مصنوعی با داشتن قابلیت فیدبک هپتیک می‌تواند در هر حوزه‌ای از واقعیت مجازی تا توانبخشی پزشکی مورد استفاده قرار گیرد. این پوست از سیلیکون و الکترود ساخته شده است و می‌تواند دور انگشت یا مچ دست پیچیده شود و با فشار یا لرزش، بازخورد لازم را به کاربر منتقل کند.

در بافت این پوست مصنوعی سنسورهایی تعبیه شده است که می‌تواند هرگونه تغییرشکلی را تشخیص دهد، به‌گونه‌ای که فیدبک متناسب با پاسخ به حرکات قابل تنظیم است. چنین ویژگی‌ای باعث می‌شود که سیستم کاربردی‌تر شود و فیدبک واقع‌گرایانه‌تری داشته باشد.

هرشال سونار، پژوهشگر EPFL و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش گفت:

این اولین باری است که موفق به ایجاد یک پوست مصنوعی کاملا نرم شدیم که در آن سنسورها و محرک‌ها باهم به‌‌صورت یکپارچه قرار دارند. این به ما امکان کنترل حلقه بسته را می‌دهد، به این معنی که می‌توانیم تحریک لرزشی که توسط کاربر احساس می‌شود را با دقت و اطمینان تنظیم کنیم. این فناوری برای اپلیکیشن‌ها و گجت‌های پوشیدنی ازجمله آزمایش‌های پزشکی بیمار در اپلیکیشن‌های پزشکی و سلامت ایده‌آل است.

این پوست مصنوعی علاوه بر انعطاف‌پذیری دارای قابلیت کششی نیز است و تا چهار برابر طول اصلی‌اش می‌تواند کشیده شود. این بدان معنا است که می‌تواند در برابر سختی‌های حرکات روزانه مقاومت کند؛ بنابراین، می‌تواند به ابزاری برای بیمارانی که حس لامسه‌ی خود را از دست داده‌اند، تبدیل شود. همچنین، با استفاده از چنین اختراعی می‌توان حس لامسه‌ی همه‌جانبه‌ای را در فناوری واقعیت مجازی تجربه کرد.

سونار اضافه کرد:

گام بعدی، تهیه‌ی نمونه‌ی اولیه کاملا پوشیدنی برای کاربردهای توانبخشی، واقعیت مجازی و واقعیت افزوده خواهد بود. همچنین، این نمونه‌ی اولیه در مطالعات علوم اعصاب مورد آزمایش قرار خواهد گرفت که می‌تواند برای شبیه‌‌سازی بدن انسان استفاده شود. افزون بر این، پژوهشگران فعالیت پویای مغز را در آزمایش‌های رزونانس مغناطیسی بررسی خواهند کرد.