Швейцарские инженеры создали перчатку, позволяющую людям ощущать физический контакт в виртуальной реальности благодаря электростатическим тормозам на сгибах пальцев и пьезоэлектрическим актуаторам на их концах. Эксперименты показали, что перчатка улучшает точность манипуляции предметами в виртуальной реальности, рассказывают авторы статьи, представленной на конференции UIST 2018 в Берлине.

Шлемы виртуальной реальности достигли уже достаточно высокого уровня развития и инженеры продолжают совершенствовать их. К примеру, в последний год сразу несколько производителей, в том числе HTC и Oculus, представили автономные VR-шлемы, производящие всю обработку данных с помощью встроенного чипа. Тем не менее, несмотря на достаточно высокий уровень графики, пока все серийные устройства виртуальной реальности обладают недостатком, ограничивающим чувство «погружения» в виртуальный мир — они не могут качественно имитировать физический контакт человека с виртуальными объектами.

Производители серийных VR-шлемов пытаются компенсировать отсутствие реального физического контакта вибрацией в контроллерах, но она лишь отдаленно напоминает реальный контакт. Вместе с этим существует множество исследовательских проектов, использующих более сложные принципы и конструкции для большего реализма. Зачастую инженеры создают VR-перчатки, позволяющие передавать даже жесткость виртуальных предметов, но почти всегда они имеют массивный и неудобный в ношении актуаторный механизм.

Группа инженеров из Федеральной политехнической школы Лозанны и Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Отмара Хиллигеса (Otmar Hilliges) создали гораздо более компактную перчатку для имитации физического контакта в виртуальной реальности.

В качестве основы устройства годится обычная перчатка. На ее большой и указательный пальцы с помощью липучек закрепляются два электростатических тормоза. Они представляют собой две металлические полоски, одна из которых покрыта тонким слоем диэлектрика. Принцип работы тормоза заключается в том, что в обычном состоянии полоски свободно скользят относительно друг друга, но при приложении напряжения противоположные заряды на двух пластинах вызывают электростатическое притяжение. Инженеры показали, что один такой тормоз может в активированном состоянии удерживать груз массой два килограмма.

Принцип работы электростатического тормоза. Ronan Hinchet et al. / UIST 2018

Тормоз позволяет создавать сопротивление движению руки и создавать ощущение, будто пользователь сжимает предмет с определенной жесткостью. Кроме того, для реалистичности инженеры добавили в липучки на концах пальцев пьезоэлектрические актуаторы, которые на небольшое время активируются во время контакта с виртуальным объектом и имитируют прикосновение к нему. Также инженеры закрепили на перчатке визуальные маркеры, позволяющие системе захвата движений сопоставлять движения руки и положение виртуальных объектов.

Элементы VR-перчатки. Ronan Hinchet et al. / UIST 2018

Инженеры проверили устройство на добровольцах, которых просили выполнить действия нескольких типов, в том числе перемещение виртуального цилиндра через изгибающуюся трубу и бросание летающего диска. Результаты эксперимента показали, что применение перчатки позволяет повысить точность выполнения этих заданий.

Ранее инженеры разработали множество других устройств для имитации физического контакта в виртуальной реальности, использующих другие принципы работы. К примеру, немецкие инженеры предложили применять электростимуляцию мышц для имитации столкновения с виртуальными стенами, а разработчики из Samsung создали прототип VR-шлема, который благодаря электростимуляции обманывает вестибулярный аппарат и передает ощущение движения. Помимо электростимуляции есть и разработки, использующие более привычные принципы, такие как куб с пропеллерами, передающими усилие в руку, или надувная куртка, которая имитирует удары по телу.

Автор: Григорий Копиев