Альтернативные интерфейсы человек-компьютер: тактильная связь Андрей Васильков

Альтернативные интерфейсы человек-компьютер: тактильная связь

Андрей Васильков

Опубликовано 17 июня 2013

Производители компьютерной техники сосредоточились на совершенствовании дисплеев и аудиосистем, поскольку большую часть информации человек воспринимает визуально или на слух. Между тем тактильный канал связи остаётся практически незадействованным. Вибрация игрового руля и джойстиков не в счёт. Исправить досадное упущение решили исследователи из Массачусетского технологического института. Разрабатываемый ими «тактильный дисплей» может изменить представления о способах взаимодействия с компьютером.

Матрица такого «дисплея» способна задействовать многочисленные рецепторы кожи, общая площадь поверхности которой у взрослого человека составляет около двух квадратных метров. Основные варианты крепления – на спине (корсет) и на запястье, в виде браслета.

_{Вибротактильный дисплей (фото: MIT)}

Активные элементы «дисплея» в зависимости от сценария применения могут быть представлены вибромоторами или накожными электродами. Вариант с размещением на спине довольно оригинален. Пожалуй, ранее никто не пытался подключить человека к компьютеру задом наперёд. Пользователи получают бесплатный массаж и профилактику утомляемости мышц спины, а игроки научатся буквально чувствовать противника спиной… или тем местом, на которое решатся закрепить устройство.

Среднее количество рецепторов на разных участках поверхности тела сильно отличается. Больше всего их на ладонях, губах и языке (именно поэтому дети хватают всё руками и тянут в рот, познавая окружающий мир). Немного меньше их на подошвах и совсем мало на передней, задней и боковых поверхностях туловища. Все вместе они образуют группу рецептивных полей, отражённую в соматосенсорной коре больших полушарий головного мозга. Общую картину часто представляют в виде сенсорного гомункулуса, у которого размеры разных анатомических областей пропорциональны числу рецепторов в них.

_{Соматосенсорный гомункулус (изображение: e-neurocapitalhumano.org)}

Невысокая плотность расположения тактильных рецепторов на спине компенсируется большой площадью и легкодоступностью этой области. Вибромоторчики или накожные электроды можно сделать сравнительно крупными, а корсет с ними не будет мешать двигаться и легко скроется под одеждой.

Старший научный сотрудник отдела приборостроения в Массачусетском технологическом институте Линетт Джонс (Lynette Jones) в качестве основного применения данной разработки видит системы навигации с тактильной обратной связью. В отличие от традиционных вариантов, они не будут отвлекать водителя, так как не требуют смотреть на экран и не надоедают голосовыми подсказками. Их работу вообще не видно со стороны, а для пассажира останется загадкой, как водитель так ловко ориентируется в незнакомом месте. Ранее более простой вариант в виде вибронасадок на руль был предложен исследователями из университета штата Юта.

_{Вибронакладки на руль для тактильного восприятия информации водителем (фото: utah.edu)}

Упрощённый вариант такой навигации с тактильными подсказками безо всякой электроники можно было наблюдать ранее на армейских учениях. Наспех обученному водителю в БМП и БТР крайне тяжело ориентироваться из-за ограниченной видимости. Поэтому ему на плечи ставил ноги сослуживец, выглядывавший из люка. Когда надо было повернуть направо, он просто пинал водителя правой ногой тем сильнее, чем резче требовался поворот. По сравнению с GPS-навигатором его голосовые подсказки отличались исключительной выразительностью и своевременностью.

Помимо поворотов водителю требуется сообщать и другую информацию, для кодирования которой «тактильной азбукой» потребуется более двух источников сигнала. Одним из ранее реализованных вариантов стал тактический пояс оператора-робота, позволяющий «чувствовать» его за счёт восьми вибромоторов.

_{Тактический пояс оператора-робота (фото: Worcester Polytechnic Institute)}

Для изучения оптимальной схемы расположения активных элементов Линетт Джонс сделала несколько вариантов из массива акселерометров и вибромоторчиков от сотовых телефонов. Они закреплялись на спине, бёдрах и предплечьях на разном расстоянии.

В ходе эксперимента испытуемым предлагалось указать, от какого количества источников и где именно они чувствуют воздействие. По этим данным оценивалось, насколько хорошо люди способны распознавать точную локализацию и каково оптимальное число активных элементов.

Наиболее точно при испытаниях указывалась вибрация краевых моторчиков, а область запястья предсказуемо оказалась самой чувствительной. По данным от акселерометров, вибрация кожи затухала в радиусе восьми миллиметров от зоны воздействия, но сами испытуемые часто ощущали её втрое дальше.

Это говорит о том, что уменьшать габариты устройства нет смысла. Если между двумя тактильными импульсами будет менее двух с половиной сантиметров, то большинство пользователей будут ошибаться при определении их локализации.

Помимо плотности расположения рецепторов характеристики «тактильного дисплея» ограничивает демпфирующая способность кожи, зависящая главным образом от количества подкожной жировой клетчатки. В районе предплечий её выраженность обычно минимальна, поэтому браслеты показали в целом более высокие результаты.

Простейший вариант в виде двух браслетов уже даёт как минимум четыре точки воздействия – на внутренней и внешней стороне запястья. Добавьте к этому вибрацию с разной силой и частотой, и получится своеобразная система кодирования. Подобные разработки ранее проводились в Германии.

_{Прототип вибротактильных перчаток (фото: University Duisburg-Essen)}

При подключении «тактильного дисплея» к смартфону по Bluetooth упрощается как его использование, так и пеший туризм. К примеру, направление на выбранный объект легко задавать, просто меняя уровень сигнала на двух руках. Параллельно появляется возможность более гибко оповещать о входящих звонках и сообщениях. Вы ставите индивидуальные мелодии на каждый контакт или группу? Теперь то же самое можно будет делать и с вибрацией.

По мнению профессора психологии из университета Карнеги-Меллона Роберты Клацки (Roberta Klatzky), работа Линетт имеет шансы на развитие целой системы тактильной азбуки, которая станет отличным дополнением к шрифту Брайля для слепых людей. В будущем носимые «тактильные дисплеи» легко адаптировать для использования как с большинством устройств, так и в паре с бионическими глазами.

К оглавлению