Ακούγοντας τους όρους «απτικές συσκευές» ή «απτικές οθόνες» το μυαλό μας πηγαίνει στις οθόνες των φορητών μας συσκευών, στις οθόνες των ΑΤΜ, στις οθόνες έκδοσης εισιτηρίων και πολλές ακόμα, που χρησιμοποιούμε στην καθημερινότητά μας. Οι απτικές διεπαφές όμως είναι πολλά περισσότερα από ένα touch screen. Προσφέρουν πολλές δυνατότητες τις οποίες θα ανακαλύψουμε και θα αναλύσουμε […]
Ακούγοντας τους όρους «απτικές συσκευές» ή «απτικές οθόνες» το μυαλό μας πηγαίνει στις οθόνες των φορητών μας συσκευών, στις οθόνες των ΑΤΜ, στις οθόνες έκδοσης εισιτηρίων και πολλές ακόμα, που χρησιμοποιούμε στην καθημερινότητά μας. Οι απτικές διεπαφές όμως είναι πολλά περισσότερα από ένα touch screen. Προσφέρουν πολλές δυνατότητες τις οποίες θα ανακαλύψουμε και θα αναλύσουμε στη συνέχεια αυτού του άρθρου.
Τα τελευταία χρόνια με την αύξηση της υπολογιστικής ισχύος, έχουν προκύψει καινούργιοι, πιο προηγμένοι τρόποι επικοινωνίας του ανθρώπου με τον υπολογιστή. Οι απτικές συσκευές αποτελούν έναν από τους κυριότερους τρόπους και έχουν να επιδείξουν ενδιαφέρουσες εφαρμογές σε ετερογενείς ερευνητικές περιοχές όπως είναι η ρομποτική, η τηλειατρική, η υπολογιστική γεωμετρία, τα γραφικά με υπολογιστή, η φυσιολογία, οι νευροεπιστήμες, η εικονική πραγματικότητα κ.α. Η εξέλιξη των τεχνολογιών με τις οποίες σχεδιάζονται και κατασκευάζονται οι απτικές συσκευές οδηγεί στην ανάπτυξη εφαρμογών που προσομοιώνουν την αίσθηση της αφής με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Οι απτικές συσκευές βασίζονται στην αίσθηση της αφής η οποία είναι μια αίσθηση καίριας σημασίας για την αντίληψη του περιβάλλοντος χώρου και την κατανόησή του και αποτελεί ένα παράλληλο αισθητήριο κανάλι μαζί με τα κανάλια της όρασης και της ακοής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ώστε να δώσει πρόσθετη πληροφορία στο χρήστη. Η απτική εμπειρία κρίνεται καθοριστική όταν απαιτείται η αίσθηση παρουσίας ή ο επιδέξιος χειρισμός αντικειμένων σε ένα απομακρυσμένο ή εικονικό περιβάλλον. Επειδή το ποσό της πληροφορίας που μπορεί να γίνει αντιληπτό μέσω μιας απτικής συσκευής είναι μικρότερο σε σχέση με την αντίληψη μέσω της όρασης, μια απτική διεπαφή δεν αρκείται μόνο στο να δίνει την αίσθηση ενός αντικειμένου στο χρήστη αλλά περιγράφει τα χαρακτηριστικά του όπως το σχήμα και η υφή του.
Η απτική αλληλεπίδραση (haptic interaction) αφορά, εν γένει, τη φυσική επαφή που πραγματοποιείται με στόχο την αντίληψη ή το χειρισμό αντικειμένων. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές μπορούν να λαμβάνουν χώρα μεταξύ α) ενός ανθρώπινου χεριού και ενός πραγματικού αντικειμένου, β) ενός ρομποτικού βραχίονα και ενός πραγματικού αντικειμένου, γ) ενός ανθρώπινου χεριού και ενός εικονικού αντικειμένου (μέσω των απτικών διεπαφών) ή μεταξύ διάφορων άλλων συνδυασμών ανθρώπινων ή μηχανικών μελών με πραγματικά, απομακρυσμένα ή εικονικά αντικείμενα.
Σκεφτείτε πόση εντύπωση προκαλούσαν πριν κάποιες δεκαετίες οι εικόνες που παρήγαγαν οι υπολογιστές και σήμερα οι άνθρωποι εντυπωσιάζονται όταν αισθάνονται, μέσω της αφής, τα πρώτα τους εικονικά αντικείμενα.
Η απτική απόδοση (haptic rendering) περιγράφει τη διαδικασία με την οποία προκαλούνται από τον υπολογιστή, τα επιθυμητά και απαραίτητα ερεθίσματα στο χρήστη, ώστε να του μεταδοθεί η πληροφορία για ένα εικονικό αντικείμενο. Σε μία απλή περίπτωση απτικής απόδοσης, η πληροφορία αυτή αφορά τις φυσικές ιδιότητες του αντικειμένου όπως είναι το σχήμα, η ελαστικότητα, η υφή, η μάζα κ.α. Όπως ένα αντικείμενο απεικονίζεται διαφορετικά στα συστήματα γραφικών ανάλογα με την τεχνική που θα χρησιμοποιηθεί, έτσι και στην απτική απόδοση, η αίσθηση που μας δίνει η αλληλεπίδραση είναι διαφορετική ανάλογα με τη μέθοδο που θα επιλέξουμε.
Στον πραγματικό κόσμο, αισθανόμαστε τις δυνάμεις της αφής όταν αγγίζουμε τα αντικείμενα του περιβάλλοντος. Οι δυνάμεις αυτές εξαρτώνται τόσο από την επιφάνεια και τις ιδιότητες του αντικειμένου όσο και από τη θέση, την ταχύτητα και την κατεύθυνση με την οποία το αγγίζουμε. Η απτική απόδοση μπορεί να οριστεί ως η διεργασία της σύνθεσης των κατάλληλων δυνάμεων, ώστε να δοθεί στο χρήστη η ψευδαίσθηση της αφής εικονικών αντικειμένων. Η αίσθηση της αφής μπορεί να χωριστεί σε δύο κύριες κατηγορίες, ανάλογα με τα αισθητήρια όργανα που εμπλέκονται κάθε φορά. Η πρώτη κατηγορία είναι η δερματική αίσθηση που σχετίζεται με τα αισθητήρια όργανα του δέρματος και κυρίως του χεριού. Η δεύτερη κατηγορία είναι η κιναισθητική αίσθηση που σχετίζεται με τα αισθητήρια όργανα στις αρθρώσεις, στους μύες και στους τένοντες.
Βασικές κατηγορίες απτικών συσκευών
Οι απτικές συσκευές κατασκευάζονται από απτικούς αισθητήρες οι οποίοι αναδημιουργούν την αίσθηση της αφής δημιουργώντας ένα συνδυασμό δύναμης, δόνησης και αισθήματος κίνησης στο χρήστη. Πέρα από αυτό, οι απτικές τεχνολογίες χρησιμοποιούν μία δύναμη ανάδρασης (force feedback) για να χειρίζονται τις κινήσεις του χρήστη γεγονός που υπερβαίνει μία απλή ειδοποίηση δόνησης.
Ο κύριος διαχωρισμός των απτικών διεπαφών είναι: α) οι απτικές οθόνες (tactile displays) και ϐ) οι απτικές συσκευές (haptic devices).Η διαϕοροποίησή τους έγκειται στο γεγονός ότι στην πρώτη περίπτωση για την προσομοίωση της αϕής και την αίσθηση του αντικειμένου ϑα πρέπει να υπάρχει επαϕή του δέρματος με το αντικείμενο ενώ στη δεύτερη η διάδραση γίνεται μέσω χειριστηρίου. Η προσομοίωση των διαδράσεων μέσω ενός χειριστηρίου ή μιας γραϕίδας απαιτεί μια συσκευή με δύναμη ανάδρασης. Η αλληλεπίδραση βασίζεται στην υπόθεση ότι υπάρχει ένα απτικό αντίγραφο του ακροδέκτη (μύτη στυλό) της ράβδου, το οποίο κινείται στο εικονικό περιβάλλον.
Η προσομοίωση της απευθείας επαϕής με αντικείμενα είναι αρκετά πιο δύσκολη αϕού απαιτεί η tactile display να μπορεί να διανέμει κατάλληλα τις δυνάμεις και τις ϱοπές σε όλη την περιοχή επαϕής του αντικειμένου με το δέρμα. Υπάρχουν και οι συσκευές οι οποίες μπορούν να φορεθούν στο σώμα, απτικά γάντια ή εξωσκελετικές συσκευές που μπορούν να προσομοιώσουν με αρκετά μεγάλη ακρίβεια την κινητική λειτουργία του ανθρώπινου χεριού!
Σε επόμενο άρθρο θα μιλήσουμε για το Απτικό Διαδίκτυο (Tactile Internet – TI) που θα επιτρέπει τη μετάδοση αφής και κίνησης, σε πραγματικό χρόνο καθώς και πως μπορεί να συμβάλλει στην εύρεση λύσεων στις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι κοινωνίες μας.
Συνεχίζεται…
Ειρήνη Μυργιώτη, Business Development Consultant, OTS
Πηγές:
[1] Ειρήνη Μυργιώτη, «Μοντελοποίηση λογισμικού απτικών συστημάτων», Διδακτορική Διατριβή, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
[2] Ν.Αβούρης, Χ.Κατσάνος, Ν.Τσέλιος, Κ.Μουστάκας, Εισαγωγή στην Αλληλεπίδραση Ανθρώπου-Υπολογιστή, Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο
