Тактильная обратная связь

Тактильная обратная связь — элемент тактильной коммуникации.

Основная информация

Тактильная обратная связь — это передача по линии связи сканируемого с каждой точки поверхности аватара через экзоскелетный интерфейс на аналогичный участок кожи человека действия:

• силы (давления) на кожу человека. При передаче на кожу человека уровней силы (давления) используют матрицу пропорциональных датчиков силы (давления) — тактильная матрица давления.
• температуры на кожу человека. При передаче на кожу человека температуры используют матрицу датчиков температуры — тактильная матрица температуры.
• теплового потока на кожу человека. При передаче на кожу человека теплового потока используют матрицу датчиков теплового потока — тактильная матрица теплового потока. Действие на кожу человека тактильной матрицы теплового потока отличается от действия на кожу человека тактильной матрицы температуры тем, что позволяет человеку на ощупь отличить теплопроводный материал (металл, вода…) от нетеплопроводного материала (дерево…). Металл не меняет своей температуры после контакта с кожей, тогда как например дерево после контакта с кожей быстро нагревается. По скорости нагрева кожи, по цифре теплового потока и его знаку (направление потока) мозг человека различает метал от пластмассы, пластмассу от дерева. Тактильная матрица датчиков температуры может заменить тактильную матрицу теплового потока при температурах заметно ниже температуры тела человека. При температурах близких к температуре тела человека или выше её, без определения направления и количества теплового потока на ощупь материалы не различимы без тактильной матрицы теплового потока.

Отличие тактильной обратной связи от силовой (силомоментной) обратной связи

Тактильную обратную связь от силовой (силомоментной) обратной связи отличает:

• силовая (силомоментная) обратная связь имеет только двухстороннюю обратную связь. Тактильная обратная связь имеет только одностороннюю обратную связь.
• силовая (силомоментная) обратная связь приложена к конечности, к суставу человека (к рычажным конструкциям и шарниру аватара или других объектов управления) не только силой, но и моментом. Силовая (силомоментная) обратная связь имеет моментную составляющую, нет деления на пиксели. Тактильная обратная связь не имеет моментную составляющую (пиксели передают вектор силы, не момент), есть деление на пиксели.
• битность сигнала силовой (силомоментной) обратной связи в разы больше, чем в тактильной обратной связи.
• полный трафик всех каналов (силы, углы) силовой (силомоментной) обратной связи аватара с человеком не больше 10Кб/сек. Полный трафик всех каналов полнофункциональной тактильной обратной связи аватара с человеком – мегабайты в секунду.
• в силовой (силомоментной) обратной связи сумма сил в датчиках конечностей аватара равна сумме сил действующих на шарниры аватара. В тактильной обратной связи сумма сил в датчиках может многократно (гидростатическое давление на аватара под водой) превышать сумму сил действующих на шарниры аватара.
• тактильная обратная связь иногда передает цифру силы без изменения (вибрационные технологии). Силовая обратная связь всегда передает точную цифру силы с учетом коэффициента усиления.

Тактильные датчики могут быть использованы вместо датчиков силы в силовой (силомоментной) обратной связи.

Виды тактильных матриц

Тактильные матрицы делят на:

• матрицы-передатчики – на поверхности аватара.
• матрицы-приемники – в экзоскелетном интерфейсе человека (в другом виде тактильного интерфейса). Например в костюме телеприсутствия, в костюме виртуальной реальности.

Элемент тактильной матрицы – тактильный пиксель. Тактильная обратная связь может быть однобитной (пиксель имеет 2 состояния: включено – выключено), мультибитной (пропорциональной). Тактильная обратная связь обеспечивает (повторяемость графика давления в следующих по движению тактильных пикселях) функцию «чувство скольжения пальцев по материалу», если задержка управления пикселями-приемниками (пикселями-передатчиками) не больше 0,1сек (10Гц – альфа-ритм мозга: средняя частота опроса мозгом биодатчиков пропорционального удлинения мышц, пропорциональной силы мышц).

Источник тактильной информации

Варианты аватара:

• аватар — реальный андроид с тактильной матрицей на всей или части его поверхности.
• аватар — человекообразный персонаж виртуальной реальности с функцией тактильной матрицы (виртуальная кожа) на всей или части его поверхности.

Тактильные матрицы (реальные или виртуальные, матрицы-приемники вместе с матрицами-передатчиками) вместе с цифровой тактильной отрицательной обратной связью через экзоскелетный интерфейс действуют на кожу человека.

Тактильную обратную связь делят на:

• полнофункциональную тактильную обратную связь «аватар — человек». На практике пока не реализовано.
• неполную (частичную) тактильную обратную связь. Например тактильная обратная связь на тыльную часть ладони или пальцев рук.

Пример практической реализации неполной тактильной обратной связи – перчатка виртуальной реальности HaptX Gloves от фирмы HaptX. В ней есть: силовая и тактильная (на кончиках пальцев) обратная связь, матрица-передатчик тактильной обратной связи.

При управлении через перчатку виртуальной реальности кистью аватара в виртуальной реальности, роль матрицы-приемника тактильной обратной связи играет чувствительная виртуальная кожа аватара. Тактильный сигнал с виртуальной кожи аватара для перчатки пользователя симулирует софт компьютерной игры.

При управлении через перчатку виртуальной реальности кистью реального робота-андроида, матрицы-приемники тактильной обратной связи расположены на поверхности пальцев и ладони кисти андроида.

Виды датчиков тактильных матриц

Роль тактильного пикселя в тактильной матрице-приемнике может выполнить пьезоэлемент (сила, температура), магнитострикционный (сила, температура) элемент или воздушное сопло (сила, температура, тепловой поток) с быстродействующим электроклапаном.

Использование тактильной обратной связи

Тактильная обратная связь один из элементов концепции тактильного интернета — передачи тактильных взаимодействий с обратной связью через Интернет с помощью технических систем с достаточно малым временем задержки. Наименьшее время задержки тактильной обратной связи через интернет дает бессерверная обратная связь.