Samsung Anycall Haptic. Ver más fotos de teléfonos celulares. Si pensabas que el iPhone de Apple era asombroso, entonces deleita tus ojos y dedos con este teléfono de Samsung. Apodado Anycall Haptic, el teléfono cuenta con una gran pantalla táctil como el iPhone. Pero hace que el dispositivo revolucionario de Apple sea mejor, al menos por ahora:permite a los usuarios sentir clics, vibraciones y otras entradas táctiles. En total, proporciona al usuario 22 tipos de sensaciones táctiles.
Esas sensaciones explican el uso del término háptico en el nombre. Háptico proviene del griego "haptesthai", que significa tocar. Como adjetivo, significa relativo o basado en el sentido del tacto. Como sustantivo, generalmente usado en forma plural (haptics), significa la ciencia y fisiología del sentido del tacto. Los científicos han estudiado la háptica durante décadas y saben bastante sobre la biología del tacto. Saben, por ejemplo, qué tipo de receptores hay en la piel y cómo los nervios transportan información entre el sistema nervioso central y el punto de contacto.
Desafortunadamente, los informáticos han tenido grandes dificultades para transferir esta comprensión básica del tacto a sus sistemas de realidad virtual. Las señales visuales y auditivas son fáciles de replicar en modelos generados por computadora, pero las señales táctiles son más problemáticas. Es casi imposible permitir que un usuario sienta que algo sucede en la mente de la computadora a través de una interfaz típica. Claro, los teclados permiten a los usuarios escribir palabras y los joysticks y volantes pueden vibrar. Pero, ¿cómo puede un usuario tocar lo que hay dentro del mundo virtual? ¿Cómo, por ejemplo, un jugador de videojuegos puede sentir el acero duro y frío del arma de su personaje? ¿Cómo puede un astronauta, entrenando en un simulador de computadora, sentir el peso y la textura áspera de una roca lunar virtual?
Desde la década de 1980, los informáticos han estado tratando de responder a estas preguntas. Su campo es un subconjunto especializado de hápticos conocido como hápticos informáticos. . En las próximas páginas, cubriremos cómo funciona la tecnología háptica al:
Por supuesto, el prometedor futuro de los hápticos debe mucho a su historia. En la siguiente sección, examinaremos esta historia para entender que la háptica de la computadora cae en un continuo de investigación háptica.
Contenido- El continuo háptico
- Tipos de comentarios hápticos
- Sistemas hápticos
- Aplicaciones de la tecnología háptica
- La importancia de la tecnología háptica
El continuo háptico
HIRO, un robot con interfaz háptica, ayuda a un usuario a sentir un dinosaurio durante la Exhibición de Prototipos de Robots en la Exposición Mundial 2005 en Japón. Como campo de estudio, la háptica ha seguido de cerca el auge y la evolución de la automatización. Antes de la revolución industrial, los científicos se centraron en cómo experimentaban los seres vivos el tacto. Los biólogos aprendieron que incluso los organismos simples, como las medusas y los gusanos, poseían respuestas táctiles sofisticadas. A principios del siglo XX, los psicólogos e investigadores médicos estudiaron activamente cómo los humanos experimentan el tacto. Apropiadamente, esta rama de la ciencia se conoció como háptica humana. , y reveló que la mano humana, la estructura principal asociada con el sentido del tacto, era extraordinariamente compleja.
Con 27 huesos y 40 músculos, incluidos los músculos ubicados en el antebrazo, la mano ofrece una destreza tremenda. Los científicos cuantifican esta destreza utilizando un concepto conocido como grados de libertad . Un grado de libertad es el movimiento proporcionado por una sola articulación. Debido a que la mano humana contiene 22 articulaciones, permite el movimiento con 22 grados de libertad. La piel que cubre la mano también es rica en receptores y nervios, componentes del sistema nervioso que comunican las sensaciones táctiles al cerebro y la médula espinal.
Luego vino el desarrollo de máquinas y robots. Estos dispositivos mecánicos también tenían que tocar y sentir su entorno, por lo que los investigadores comenzaron a estudiar cómo se podía transferir esta sensación a las máquinas. La era de la máquina háptica había empezado. Las primeras máquinas que permitían la interacción háptica con objetos remotos eran simples tenazas accionadas por palanca y cable colocadas al final de un poste. Al mover, orientar y apretar una empuñadura de pistola, un trabajador podría controlar de forma remota las tenazas, que podrían usarse para agarrar, mover y manipular un objeto.
En la década de 1940, estos sistemas de manipulación remota relativamente toscos se mejoraron para servir a las industrias nuclear y de materiales peligrosos. A través de una interfaz de máquina, los trabajadores podían manipular sustancias tóxicas y peligrosas sin correr el riesgo de exposición. Eventualmente, los científicos desarrollaron diseños que reemplazaron las conexiones mecánicas con motores y señales electrónicas. Esto hizo posible comunicar incluso acciones manuales sutiles a un manipulador remoto de manera más eficiente que nunca.
El siguiente gran avance llegó en forma de computadora electrónica. Al principio, las computadoras se usaban para controlar máquinas en un entorno real (piense en la computadora que controla un robot de fábrica en una planta de ensamblaje de automóviles). Pero en la década de 1980, las computadoras podían generar entornos virtuales, mundos tridimensionales en los que los usuarios podían ser lanzados. En estos primeros entornos virtuales, los usuarios podían recibir estímulos solo a través de la vista y el sonido. La interacción háptica con objetos simulados seguiría siendo limitada durante muchos años.
Luego, en 1993, el Laboratorio de Inteligencia Artificial del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) construyó un dispositivo que proporcionaba estimulación háptica, lo que finalmente hizo posible tocar y sentir un objeto generado por computadora. Los científicos que trabajaban en el proyecto comenzaron a describir su área de investigación como háptica informática para diferenciarla de la háptica humana y de máquinas. Hoy en día, la háptica informática se define como los sistemas necesarios, tanto de hardware como de software, para reproducir el tacto y la sensación de los objetos virtuales. Es un campo de rápido crecimiento que está generando una serie de tecnologías hápticas prometedoras.
Antes de analizar algunas de estas tecnologías con más detalle, analicemos los tipos de sensaciones táctiles que debe proporcionar un sistema háptico para tener éxito.
Tipos de comentarios hápticos
Aunque es posible que muchos videojugadores no conozcan la tecnología háptica por su nombre, probablemente sepan qué es Force Feedback:ha sido comercializado por su nombre en los controladores de juegos durante años. Cuando usamos nuestras manos para explorar el mundo que nos rodea, recibimos dos tipos de comentarios:kinestésico y táctil . Para comprender la diferencia entre los dos, considere una mano que alcanza, levanta y explora una pelota de béisbol. A medida que la mano alcanza la pelota y ajusta su forma para agarrarla, se genera un conjunto único de puntos de datos que describen el ángulo de la articulación, la longitud del músculo y la tensión. Esta información es recopilada por un grupo especializado de receptores incrustados en músculos, tendones y articulaciones.
Conocidos como propioceptores , estos receptores llevan señales al cerebro, donde son procesadas por la región somatosensorial de la corteza cerebral. El huso muscular es un tipo de propioceptor que proporciona información sobre los cambios en la longitud del músculo. El órgano tendinoso de Golgi es otro tipo de propioceptor que proporciona información sobre los cambios en la tensión muscular. El cerebro procesa esta información cinestésica para proporcionar una idea del tamaño y la forma brutos de la pelota de béisbol, así como su posición en relación con la mano, el brazo y el cuerpo.
Cuando los dedos tocan la pelota, se hace contacto entre las yemas de los dedos y la superficie de la pelota. Cada yema de los dedos es una estructura sensorial compleja que contiene receptores tanto en la piel como en el tejido subyacente. Hay muchos tipos de estos receptores, uno para cada tipo de estímulo:tacto ligero, tacto fuerte, presión, vibración y dolor. Los datos que provienen colectivamente de estos receptores ayudan al cerebro a comprender los detalles táctiles sutiles sobre la pelota. A medida que los dedos exploran, sienten la textura más suave del cuero, la mayor aspereza de los cordones y la dureza de la pelota cuando se aplica fuerza. Incluso las propiedades térmicas de la pelota se detectan a través de receptores táctiles.
Forzar retroalimentación es un término que se usa a menudo para describir la retroalimentación táctil y/o cinestésica. Como ilustra nuestro ejemplo de béisbol, la retroalimentación de fuerza es muy compleja. Sin embargo, si una persona va a sentir un objeto virtual con alguna fidelidad, la retroalimentación forzada es exactamente el tipo de información que la persona debe recibir. Los científicos informáticos comenzaron a trabajar en dispositivos (dispositivos de interfaz háptica) que permitirían a los usuarios sentir objetos virtuales a través de la retroalimentación de fuerza. Los primeros intentos no tuvieron éxito. Pero como veremos en la siguiente sección, una nueva generación de dispositivos de interfaz háptica ofrece un nivel insuperable de rendimiento, fidelidad y facilidad de uso.
Sistemas hápticos
Omni®, el dispositivo básico de la línea PHANTOM de SensAble Technologies Hay varios enfoques para crear sistemas hápticos. Aunque pueden parecer drásticamente diferentes, todos tienen dos cosas importantes en común:el software para determinar las fuerzas que resultan cuando la identidad virtual de un usuario interactúa con un objeto y un dispositivo a través del cual esas fuerzas pueden aplicarse al usuario. El proceso real utilizado por el software para realizar sus cálculos se llama representación háptica . Un método de representación común utiliza modelos poliédricos para representar objetos en el mundo virtual. Estos modelos 3D pueden representar con precisión una variedad de formas y pueden calcular datos táctiles al evaluar cómo las líneas de fuerza interactúan con las diversas caras del objeto. Dichos objetos tridimensionales se pueden hacer para que se sientan sólidos y pueden tener una textura superficial.
El trabajo de transmitir imágenes hápticas al usuario recae en el dispositivo de interfaz. En muchos aspectos, el dispositivo de interfaz es análogo a un mouse, excepto que un mouse es un dispositivo pasivo que no puede comunicar ningún dato háptico sintetizado al usuario. Veamos algunos sistemas hápticos específicos para comprender cómo funcionan estos dispositivos.
Como puede imaginar, los sistemas como los que hemos descrito aquí pueden ser bastante costosos. Eso significa que las aplicaciones de la tecnología todavía están limitadas a ciertas industrias y tipos especializados de capacitación. En la página siguiente, exploraremos algunas de las aplicaciones de la tecnología háptica.
Aplicaciones de la tecnología háptica
No es difícil pensar en formas de aplicar la háptica. Los creadores de videojuegos han sido los primeros en adoptar la háptica pasiva, que aprovecha la vibración de los joysticks, controladores y volantes para reforzar la actividad en pantalla. Pero los futuros videojuegos permitirán a los jugadores sentir y manipular sólidos, fluidos, herramientas y avatares virtuales. El controlador háptico Novint Falcon ya está haciendo realidad esta promesa. El controlador de retroalimentación de fuerza 3-D te permite diferenciar entre un disparo de pistola y un disparo de escopeta, o sentir la resistencia de la cuerda de un arco largo mientras tiras de una flecha.
Las interfaces gráficas de usuario, como las que definen los entornos operativos de Windows y Mac, también se beneficiarán enormemente de las interacciones hápticas. Imagine poder sentir los botones gráficos y recibir retroalimentación de fuerza al presionar un botón. Algunos fabricantes de pantallas táctiles ya están experimentando con esta tecnología. Los diseñadores de teléfonos Nokia han perfeccionado una pantalla táctil que hace que los botones en pantalla se comporten como si fueran botones reales. Cuando un usuario presiona el botón, él o ella siente movimiento hacia adentro y hacia afuera. También escucha un clic audible. Los ingenieros de Nokia lograron esto colocando dos pequeños sensores piezoeléctricos debajo de la pantalla y diseñando la pantalla para que pudiera moverse ligeramente cuando se presiona. Todo, el movimiento y el sonido, está perfectamente sincronizado para simular la manipulación real de botones.
Aunque varias empresas se están uniendo a Novint y Nokia en el impulso de incorporar interfaces hápticas en los productos principales, el costo sigue siendo un obstáculo. La tecnología táctil más sofisticada se encuentra en aplicaciones industriales, militares y médicas. El entrenamiento con hápticos es cada vez más común. Por ejemplo, los estudiantes de medicina ahora pueden perfeccionar delicadas técnicas quirúrgicas en la computadora, sintiendo lo que es suturar vasos sanguíneos en una anastomosis o inyectar BOTOX en el tejido muscular de una cara virtual. Los mecánicos de aeronaves pueden trabajar con piezas complejas y procedimientos de servicio, tocando todo lo que ven en la pantalla de la computadora. Y los soldados pueden prepararse para la batalla de diversas maneras, desde aprender a desactivar una bomba hasta operar un helicóptero, un tanque o un avión de combate en escenarios de combate virtual.
La tecnología háptica también se usa ampliamente en teleoperación o telerrobótica. En un sistema telerrobótico, un operador humano controla los movimientos de un robot que se encuentra a cierta distancia. Algunos robots teleoperados se limitan a tareas muy simples, como apuntar una cámara y enviar imágenes visuales. En una forma más sofisticada de teleoperación conocida como telepresencia, el operador humano tiene la sensación de estar ubicado en el entorno del robot. Haptics ahora permite incluir señales táctiles además de señales de audio y visuales en los modelos de telepresencia. No pasará mucho tiempo antes de que los astrónomos y los científicos de planetas realmente sostengan y manipulen una roca marciana a través de un telerobot avanzado habilitado para hápticos, una versión de alto contacto del Mars Exploration Rover.
En la página siguiente, veremos cómo la tecnología háptica ha ganado importancia y se está volviendo esencial en algunas aplicaciones.
Ayudando a los ciegos a sentir una ciudadCientíficos informáticos en Grecia están incorporando tecnología háptica en mapas táctiles para ciegos. Para crear un mapa, los investigadores filman un video de una ubicación del mundo real, ya sea un modelo arquitectónico de un edificio o una cuadra de la ciudad. El software evalúa el video cuadro por cuadro para determinar la forma y ubicación de cada objeto. Los datos dan como resultado una cuadrícula tridimensional de campos de fuerza para cada estructura. Usando un dispositivo de interfaz háptica, una persona ciega puede sentir estas fuerzas y, junto con las señales de audio, obtener una idea mucho mejor del diseño de una ciudad o edificio.
La importancia de la tecnología háptica
En los videojuegos, es bueno tener la adición de capacidades hápticas. Aumenta la realidad del juego y, en consecuencia, la satisfacción del usuario. Pero en el entrenamiento y otras aplicaciones, las interfaces hápticas son vitales. Eso es porque el sentido del tacto transmite información rica y detallada sobre un objeto. Cuando se combina con otros sentidos, especialmente la vista, el tacto aumenta drásticamente la cantidad de información que se envía al cerebro para su procesamiento. El aumento de información reduce el error del usuario, así como el tiempo que tarda en completar una tarea. También reduce el consumo de energía y las magnitudes de las fuerzas de contacto utilizadas en una situación de teleoperación.
Claramente, Samsung espera capitalizar algunos de estos beneficios con la introducción del teléfono Anycall Haptic. Nokia ampliará los límites aún más cuando presente teléfonos con pantallas táctiles. Sí, esos teléfonos serán geniales de ver. Y, sí, serán geniales al tacto. Pero también serán más fáciles de usar, con funciones táctiles que generarán menos errores de entrada y una experiencia general más satisfactoria.
Si desea obtener más información sobre háptica y tecnologías relacionadas, eche un vistazo a los enlaces en la página siguiente.
Aprendizaje háptico:la próxima generación de prácticasEn la actualidad, a los profesores se les asigna a menudo la tarea de evaluar los estilos de aprendizaje de sus alumnos. para que puedan adaptar sus métodos de enseñanza en consecuencia. Un estilo de aprendizaje es cómo una persona aprende mejor. Aunque hay muchos modelos de estilo de aprendizaje, un modelo popular se basa en la información sensorial. En este modelo, existen tres estilos básicos de aprendizaje:auditivo , visual y kinestésico . La mayoría de los estudiantes aprenden mejor a través de uno de estos tres modos, aunque algunos son multimodales, lo que significa que tienen más de una fuerte preferencia de aprendizaje.
Las investigaciones muestran que incluso los estudiantes auditivos y visuales se benefician enormemente de las actividades que involucran el sentido del tacto. En un estudio, los estudiantes de secundaria y preparatoria desarrollaron actitudes más positivas sobre la ciencia y lograron una comprensión más profunda de los conceptos clave cuando usaban técnicas de aprendizaje hápticas. Según este y otros estudios similares, los profesores de ciencias en particular se sienten atraídos por los hápticos. Muchos están utilizando la tecnología para ayudar a los estudiantes a interactuar con objetos, como virus o nanopartículas que, de otro modo, serían demasiado pequeños para tocarlos o verlos. Otros están permitiendo a sus estudiantes probar representaciones tridimensionales de células. Y aún otros están usando dispositivos de retroalimentación háptica para enseñar a los estudiantes sobre fuerzas invisibles como la gravedad y la fricción de manera más completa.