هپتیک چیست؟ کاربرد های شگفت انگیز تکنولوژی هپتیک

امروزه تکنولوژی با سرعت بسیار بالایی به سوی پیشرفت گام برمی دارد و بروزرسانی می شود علوم کامپیوتر کاربرد های متنوعی در زمینه های گوناگون دارد که می توان گفت یکی از سناریو های مدرن در این زمینه ترکیب حواس انسان و علوم رایانه ای است.

علم استفاده از حس لامسه برای تعامل با برنامه های توسعه یافته کامپیوتری بهترین تعریف برای فناوری هپتیک است. با کمک دستگاه های هپتیک، مردم با محیط های ایجاد شده در رایانه ارتباط برقرار می کنند، به طوری که هنگام لمس اشیاء مجازی، به نظر می رسد آنها واقعی و ملموس هستند.

پتانسیل کامل این زمینه هنوز مورد کاوش قرار نگرفته است اما در ادامه قصد داریم ماهیت فناوری هپتیک را مورد بررسی قرار دهیم و چگونگی عملکرد آن و کاربرد های آن برای چشم انداز های آینده را بیان کنیم.

هپتیک چیست؟

در واقع هپتیک علم استفاده از حس لامسه برای تعامل با برنامه های توسعه یافته کامپیوتری و می توان گفت که این جمله بهترین تعریف برای فناوری هپتیک است. هنگامی که کاربر اشیا مجازی را لمس می کند، شبیه سازی به گونه ای رخ می دهد که انگار آنها را در دنیای حقیقی لمس نموده است.

این فناوری مکانیکی می‌تواند به‌وسیله دادن حس لمس اجسام مجازی به کاربر، به او در کنترل بهتر اجسام مجازی (در رایانه) کمک کند به طوری که هنگام لمس اشیاء مجازی، به نظر می رسد آنها واقعی و ملموس هستند و در واقع تعامل میان سیستم های رایانه ای و انسان را به میزان زیادی بالا می برد .

هپتیک از واژه يوناني Haptesthai گرفته شده كه به معني لمس كردن است. اين لغت به عنوان صفت به معني «بر پايه احساس لامسه» و به معني علم و فيزيولوژي حس لامسه است. دانشمندان چندين دهه است كه روي هپتیک (Haptic) تحقيق كرده اند و به نكاتي در رابطه با بيولوژي لامسه دست يافته اند. مثلاً آنها مي دانند كه چه نوع گيرنده هايي در پوست بدن وجود دارند و چگونه اعصاب اطلاعات را بين سيستم اعصاب مركزي و نقطه تماس، ردّ و بدل مي كنند.

از نمونه های کاربردی این تکنولوژی می توان به قابلیت haptic touch گوشی های آیفون اشاره کرد و یا دکمه هوم گوشی های آیفون که از مدل 7 به بعد دیگر از حالت دکمه خارج شده است اما با استفاده از فناوری هپتیک حس لمس یک دکمه را به شما القا می کند. نوع دیگر کاربرد هپتیک که با آن به احتمال زیاد آشنا هستید، ایجاد لرزش در دسته های بازی پس از انجام خطا هنگام بازی فیفا در کنسول های متفاوت است.

اجزاء سیستم های هپتیک :

• سنسور
• مدار كنترل فعال ساز
• فعال ساز (بخشی که ارتعاش می کند و یا نیروی خود را اعمال می کند)
• الگوریتم های Real Time (مانند الگوریتم های Collision-detection , Force-response) و یک کتابخانهhaptic effects
• ای پی آی (API)
• ابزارهای تولید Effect ها

تکنولوژی هپتیک چگونه کار می کند؟

تکنولوژی هپتیک با اعمال نیروها ، لرزش ها یا حرکات به کاربر ، وی را قادر می سازد که از طریق حس لامسه با یک محیط مجازی و موجودیت های آن ارتباط برقرار کند. در واقع اگر بخواهیم به صورت جزئی این تکنولوژی را مورد بررسی قرار دهیم باید گفت که اساساً یک سیستم هپتیک از دو بخش یعنی بخش انسانی و بخش ماشین تشکیل شده است.

بخش حسگر هپتیک (end effector) در واقع مجموعه ای از حسگرهای حساس است که در انتهای بازوی روباتیک قرار گرفته و برای تعامل با محیط طراحی شده است. وقتی لرزش ها و دیگر حرکات در end effector ها اعمال می شود در بخش انسان، این تحرکات توسط حسگر های بدن ما یا همان عصب های موجود در پوست بدن دریافت می شوند و به سوی مغز فرستاده می شوند.

در بخش های مختلف بدن دستورالعمل های مختلفی ارائه می شود که تفسیر این دستورالعمل ها توسط مغز انجام مي شود. مغز به عضلات که محرک های بدن انسان هستد فرمان می دهد که نیروی ورودی به end effector ها اعمال شود.

در بخش دوم یا همان بخش ماشین وقتی بازخورد حرکات بدن ما توسط حسگر های تعبیه شده دریافت می شود , آن دستورات به صورت سیگنال هایی به سیستم های کامپیوتری برای انجام محسابات و پردازش های لازم انتقال می یابد . در نهایت در قسمت آخر به فعال ساز میرسیم که دستورات پردازش شده را تحویل که و به سمت end effector برای اعمال حرکات و نشان دادن بازخورد حرکات بخش انسانی می فرستد.

کاربرد های تکنولوژی هپتیک

• بازی های رایانه ای
• گرافیک و هنر
• رباتیک
• هولوگرافی
• نظامی
• پزشکی

هپتیک در بازی

در بخش بازی ، تکنولوژی هپتیک یک تکنولوژی منحصر به فرد و تازه ظهور کرده است. امروزه با طراحی لباس جدیدی که شرکت Tesla Suitبه همین نام طراحی کرده است هپتیک به بازی ها وارد شده است. سیستم ضبط حرکت لباس تسلا برای انتقال دقیق موقعیت بدن به محیط مجازی از حسگرها استفاده می‌کند.

ضبط و انتقال کامل حرکات بدن و کنترل حرارتی این لباس باعث می‌شود که کاربر حتی خود را بیشتر در دنیای مجازی احساس کند.این لباس از تکنولوژی ماژولار استفاده می‌کند و سیستم پیشرفته احساس لمس آن، احساس کردن وزن اجسام را در دنیای مجازی شبیه‌سازی می‌کند.

لباس تسلا با استفاده از تحریک عصبی الکتریکی پوست (TENS) یا (TNS / EMS) و ردیابی حرکت با دقت بالا، به طور کامل کاربر را در دنیای مجازی غوطه‌ ور می‌کند.تحریک عصبی الکتریکی پوست (TENS)، استفاده از جریان الکتریکی تولید شده توسط دستگاه برای تحریک اعصاب بدن است. از این روش برای اهداف درمانی و همچنین برای بهبود و تقویت تجربیات واقعیت مجازی به منظور غوطه‌وری کامل در دنیای مجازی استفاده می‌شود.

واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR) تنها زمانی کامل می‌شوند که تمام حواس بدن درگیر باشند. در واقعیت افزوده یک شیء مجازی و مصنوعی در دنیای واقعی شبیه‌سازی می‌شود، اما واقعیت مجازی خود دنیای واقعی را شبیه‌سازی می‌کند.

در واقعیت افزوده، رایانه به‌کمک حسگرها و الگوریتم‌هایی خاص، موقعیت و جهت‌گیری دوربین را تعیین می‌کند. این تکنولوژی بعد از رندر کردن تصاویر سه‌بعدی دوربین، تصاویر تولید‌شده‌ی رایانه‌ای را به تصویری که کاربر از دنیای واقعی دارد اضافه می‌کند.

اگر فیلم سینمایی «بازیکن شماره یک» آماده به کارگردانی استیون اسپیلبرگ را تماشا کرده باشید، دنیای مجازی Oasis را دیده‌اید. در این فیلم، شخصیت‌های فیلم با پوشیدن یک لباس هوشمند به دنیای مجازیOasis وارد می‌شوند.

هپتیک در پزشکی

حدود ۳۰ درصد افراد قطع عضو به دلیل سختی کار با دست‌های رباتیک بدون بازخورد حسی آن را پس از مدتی کنار می‌گذارند. دست رباتیک بدون بازخورد حسی همانند یک جسم خارجی است و به عنوان عضوی از بدن احساس نمی‌شود. اما هپتیک می تواند این مشکلات را حل کند و احساس لامسه را به دست های رباتیک اضافه کند.

در دو مقاله‌ی منتشر شده از دو گروه سوئیسی و ایتالیایی , هر دو گروه از الکترودهای کاشتنی در دست افراد قطع عضو استفاده کردند. الکترودها در عصب زنده زیرین و عصب میانی کاشته شدند. سپس با کمک الکترودهای کاشتنی، تحریک الکتریکی دقیق به اعصاب ارسال می‌شود.

با تحریک الکتریکی، اطلاعات دست بیونیک به مغز انسان فرستاده خواهد شد. دست بیونیک باید در ابتدا، نیت کاربر را شناسایی کند. یک الگوریتم، سیگنال‌های الکتریکی تولیدی از سوی دست بیونیک را هنگامی که فرد قصد می‌کند دست قطع عضو خود را حرکت دهد، رمزگشایی می‌کند. بنابراین دست بیونیک از قصد کاربر اطلاع پیدا می‌کند. مغز کاربر نیز با بازخورد حسی از قصد کاربر آگاه می‌شود.

حسگرهای موجود در دست بیونیک این اطلاعات را جمع‌آوری می‌کنند و الگوریتم اطلاعات را رمزگشایی می‌کند. اطلاعات رمزگشایی شده به صورت پالس‌های تحریک الکتریکی به سامانه‌ی عصبی بدن و در پایان به مغز کاربر می‌رسد و در نهایت شخص قطع عضو جسمی را که در دست دارد لمس می کند.

همچنین دانشمندان در حال توسعه‌ی ربات جراحی هستند که می‌تواند با استفاده از موتور هپتیک حس لمس کردن را به جراح منتقل کند.هیرو سرگ (HeroSurg) با کمک سیستم بازخورد هپتیک، توانایی انتقال حس لمس کردن را به کاربر می‌دهد. ربات جدید علاوه بر این سیستم، فناوری جدید تشخیصی را نیز با خود دارد که درصد خطا در حین عمل را به پایین‌ترین سطح خود کاهش می‌دهد.

هپتیک در صنایع نظامی

در صنایع دفاعی، از محیط‌های شبیه‌ سازی شده با هدف آموزش خلبانان، سربازان و نیروی مدیریت بحران استفاده می‌شود زیرا آموزش نیروی دفاعی در محیط‌هایی با تجهیزات واقعی بسیار خطرناک است. ممکن است در شبیه سازی های واقعی تلفات جانی و مالی زیادی ایجاد شود که جبران پذیر نباشد اما با استفاده از هپتیک در کنار تکنولوژی واقعیت مجازی می توان به صورت کاملا کنترل شده این ریسک را کاهش داد.

تاثیر هپتیک در آینده تکنولوژی

در بحث پزشکی و درمان اختلالات روانی ازجمله اختلال استرس بعد از سانحه، می‌توان از هپتیک در درمان بیماران، استفاده کرد. می‌توان این تکنولوژی را برای غلبه‌ بر ترس ها در جریان رفتار درمانی یا رویارویی بیمار با چالش‌ها در محیطی تحت کنترل، به کار گرفت. می‌توان با استفاده از هدر قالب بازی‌، نرم‌افزارهای صنعتی یا بازاریابی، در درمان بیماری‌ها، درک اتفاقات زندگی واقعی و آشتی با زندگی، به انسان‌ها کمک کرد.

چالش های پیش روی فناوری هپتیک

• هزینه ی بالا
• اندازه ی بزرگ و سنگینی دستگاه های دارای فناوری هپتیک
• رابط های هپتیک فقط در فضاهای محدود و خاص می توانند مورد استفاده قرار بگیرند و در همه ی شرایط قابل استفاده نیستند.
• الگوریتم هپتیک در زمان های جداگانه از هم عمل می کند (به صورت گسسته) در حالی که کاربران در یک زمان ممتد عمل می کنند یا پیش می روند.

سخن پایانی

در پایان امیدوارم از مطالعه این مقاله و کسب اطلاعات در مورد این تکنولوژی شگفت انگیز لذت برده باشید. و همچنین امیدوارم که این مطالب باعث رشد و پیشرفت شما شود و بتوانید از آن استفاده لازم را ببرید. می توانید این مقاله را در شبکه های اجتماعی با دوستان خود به اشتراک بگذارید تا آنها نیز از این مطالب استفاده کنند!