To se však mění. Tým inženýrů z Northwestern University představil první nositelný haptický systém s plnou volností pohybu (Full Freedom-of-Motion – FOM), který dokáže generovat dotykové vjemy v mnohem větší škále – od jemného klouzání po kůži až po rotační nebo tahové pohyby.

Výsledkem je kompaktní zařízení, které napodobuje komplexní reakce lidské kůže a otevírá zcela nové možnosti ve světě virtuální reality, asistenčních technologií i digitálního umění.

Z doteku se stává plnohodnotný smysl technologií

Lidská kůže není pasivní plocha. Obsahuje různé typy mechanoreceptorů, které rozlišují tlak, tah, vibrace, směr pohybu i rychlost. Když technologie chtějí napodobit smyslový zážitek z reálného světa, musí být schopny pracovat s těmito faktory s vysokou přesností a variabilitou.

A právě to je klíčové pro nové zařízení vyvinuté pod vedením Johna A. Rogerse a Yongganga Huanga. Jejich systém:

• aplikuje síly v libovolném směru,
• dokáže generovat kombinace tlaků, posunů, vibrací, rotací a napínání kůže,
• a přizpůsobuje intenzitu i rychlost stimulace v reálném čase.

Rogers výstižně dodává:
„Většina haptických zařízení jen ťuká do kůže. Ale lidská pokožka je citlivá na daleko sofistikovanější stimulace. Chtěli jsme vytvořit zařízení, které se dokáže pohybovat a působit v jakémkoli směru. A to jsme dokázali.“

Malé, chytré a bezdrátové

Zařízení má miniaturní rozměry – měří jen několik milimetrů – a přesto je vybaveno:

• reprodukovatelným haptickým mechanismem s magnetem a cívkami,
• akcelerometrem pro snímání polohy a pohybu,
• Bluetooth modulem pro komunikaci s VR headsety, telefony i dalšími chytrými zařízeními,
• a dobíjecí baterií pro nezávislý provoz.

Jeho modulární konstrukce navíc umožňuje seskupovat více jednotek do polí, čímž se dají vytvořit velmi komplexní a plošné vjemy – třeba stisk ruky, tah po zádech nebo simulace švu na látce.

Haptika jako doplněk hudby, navigace i medicíny

Možnosti využití jsou prakticky neomezené. Tým z Northwesternu už testoval první reálné aplikace:

• Virtuální realita: Precizní hmatová odezva posouvá VR zážitek na novou úroveň. Uživatelé mohou „cítit“ objekty ve virtuálním prostředí – od hladké koule po drsnou strukturu.
• Pomoc zrakově postiženým: Přesné dotykové vzory mohou suplovat vizuální informace při navigaci, upozornění nebo interakci s okolím.
• Online nakupování: Cítit strukturu látky na obrazovce? Pomocí přesného řízení tření a tlaku se to může stát realitou.
• Hudba pro neslyšící: Rytmus, melodie i nástroje lze převést na vibrační signály, které dávají hudbě zcela nový rozměr.

Rogers k tomu dodává:
„Byli jsme schopni převést všechny charakteristiky hudby do hmatových vjemů – bez ztráty detailů. Každý nástroj má svůj dotykový podpis.“

Zdroj: Shutterstock

Jak to funguje?

V jádru zařízení je cívka s magnetem v „hnízdové“ konfiguraci. Když cívkou prochází elektrický proud, generuje se magnetické pole, které pohybuje magnetem – směrem nahoru, dolů, do stran nebo v rotaci.

Tím vzniká síla, která deformuje kůži přesně tak, jak to v reálném světě dělají fyzické objekty. Díky spojení více těchto mikroaktuátorů lze navodit velmi složité vzory – třeba efekt otáčející se kliky, zatažení za rukáv nebo škrábnutí po zápěstí.

Výzkum s hlubokými kořeny

Nová technologie navazuje na předchozí vývojový směr Rogerse a Huanga – mimo jiné i na dřívější matici vibračních aktuátorů. Tentokrát ale šli dál: místo jednorozměrného pohybu nabídli plný rozsah dotykového projevu.

Kromě technického vývoje tým pracoval i na modelování síly, aby minimalizoval nežádoucí efekty a maximalizoval účinnost v každém směru. Právě propojení fyziky, biologie a inženýrství je klíčem k úspěchu.