No filme de Steven Spielberg, Ready Player One, de 2018, baseado no livro de 2011 de Ernest Cline, as pessoas entram em um mundo imersivo de realidade virtual chamado OASIS. O que mais chamou a atenção sobre a tecnologia futurista nesse filme de ficção científica não foram os óculos de realidade virtual, que não parecem tão distantes dos fones atualmente vendidos pela Oculus, HTC e outros. Foi o engajamento de um sentido além da visão e do som: o toque.
Os personagens usavam luvas com feedback que permitiam que eles sentissem os objetos imaginários em suas mãos. Eles poderiam atualizar para ternos de corpo inteiro que reproduziam a força de um soco no peito ou o acariciamento de uma carícia. E, no entanto, essas capacidades também podem não estar tão distantes quanto imaginamos.
Contamos com informações de toque - ou “hápticas” - continuamente, de maneiras que nem mesmo reconhecemos conscientemente. Nervos em nossa pele, articulações, músculos e órgãos nos dizem como nossos corpos estão posicionados, quão firmemente estamos segurando algo, como é o clima, ou que um ente querido está mostrando afeição através de um abraço. Em todo o mundo, os engenheiros estão agora trabalhando para recriar sensações de toque realistas, para videogames e muito mais. O engajamento do toque nas interações humano-computador aumentaria o controle robótico, a reabilitação física, a educação, a navegação, a comunicação e até mesmo as compras on-line.
"No passado, o haptics tem sido bom em tornar as coisas perceptíveis, com a vibração em seu telefone ou os pacotes de rumble nos controladores de jogos", diz Heather Culbertson, um cientista da computação da Universidade do Sul da Califórnia. "Mas agora houve uma mudança para tornar as coisas mais naturais, que imitam mais a sensação de materiais naturais e interações naturais."
O futuro não é apenas brilhante, mas texturizado.
* * *
Os dispositivos áticos podem ser agrupados em três tipos principais: agarrável, vestível e palpável. Para apreensível, pense em joysticks. Uma aplicação clara está na operação dos robôs, para que um operador possa sentir quanta resistência o robô está empurrando.
Tome robôs cirúrgicos, que permitem que os médicos operem do outro lado do mundo, ou manipulem ferramentas muito pequenas ou em espaços muito apertados para as mãos. Numerosos estudos mostraram que a adição de feedback háptico ao controle desses robôs aumenta a precisão e reduz o dano nos tecidos e o tempo de operação. Aqueles com feedback háptico também permitem que os médicos treinem pacientes que existem apenas na realidade virtual, enquanto obtêm a sensação de corte e sutura real. Um dos alunos de Culbertson está atualmente desenvolvendo simuladores odontológicos para que a primeira perfuração errada de um estudante de odontologia não seja em um dente real.
Engenheiros estão construindo sistemas para transmitir sensações de toque realistas para jogos de vídeo, controles robóticos e muito mais, com uma gama de possíveis aplicações. (Cortesia da revista Knowable) Ter uma idéia do que o robô sob seu comando está fazendo também seria útil para desarmar bombas ou extrair pessoas de prédios desmoronados. Ou para consertar um satélite sem se preparar para uma caminhada espacial. Até mesmo a Disney analisou robôs de telepresença háptica, para interações humanas seguras com robôs. Eles desenvolveram um sistema que possui tubos pneumáticos que conectam os braços robóticos de um humanoide com um conjunto de espelhos para um ser humano agarrar. A pessoa pode manipular o bot espelho para fazer o primeiro bot segurar um balão, pegar um ovo ou dar um tapinha nas bochechas de uma criança.
Em uma escala menor, o laboratório do roboticista Jamie Paik, do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça, em Lausanne (EPFL), desenvolveu uma interface háptica portátil chamada Foldaway. Dispositivos sobre o tamanho e a forma de uma montanha-russa quadrada têm três braços articulados que se abrem no meio. (Stefano Mintchev, um pós-doutorado no laboratório, os chama de "robôs de origami miniaturizados".) Uma pequena alça de plástico pode ser presa no topo onde os braços se encontram, criando um joystick que atua em três dimensões - e os braços empurrados para trás o usuário percebe os objetos contra os quais eles estão empurrando. Em demos, a equipe usou os dispositivos para controlar um drone aéreo, apertar objetos virtuais e sentir a forma da anatomia humana virtual.
Há certos desafios em agarrar haptics que podem parecer intransponíveis - por exemplo, como você fornece uma sensação de peso ao pegar e levantar objetos digitais sem peso? Mas, estudando neurociência, os engenheiros conseguiram encontrar algumas soluções alternativas. Culbertson e colegas desenvolveram um dispositivo chamado Grabity para o problema da gravidade. É uma espécie de torno que se agarra e aperta para pegar objetos virtuais. Simplesmente vibrando de certas maneiras, pode produzir a ilusão de peso e inércia.
Mas "enganar o cérebro só vai tão longe", diz Ed Colgate, engenheiro mecânico da Northwestern University que trabalha com háptica. Às vezes é fácil quebrar ilusões hápticas. Em sua opinião, a longo prazo, os engenheiros precisarão recriar a física do mundo real - peso e tudo - da maneira mais fiel possível. "Esse é um problema muito difícil".
O dispositivo aproveitável pegável chamado Grabity (embaixo) fornece a ilusão de peso e inércia ao manuseio de objetos virtuais. Aqui imita a sensação de um bloco (topo). (Cortesia do Stanford Shape Lab) Dispositivos compreensíveis geralmente aproveitam as sensações cinestésicas: sentimentos de movimento, posição e força mediados por nervos não apenas em nossa pele, mas também em nossos músculos, tendões e articulações. Dispositivos vestíveis, por outro lado, geralmente dependem de sensações táteis - pressão, fricção ou temperatura - mediadas por nervos na pele.
Uma variedade de dispositivos experimentais é usada no dedo, pressionando o dedo com diferentes graus de força, como se tocasse objetos na realidade virtual. Mas um dispositivo recente fornece o mesmo tipo de feedback sem cobrir o teclado. Em vez disso, é usado onde se pode usar um anel e contém motores que esticam a pele por baixo. Isso mantém os dedos livres para interagir com objetos do mundo real enquanto ainda detecta objetos “virtuais” - um recurso útil para jogos e aplicativos sérios.
Em um teste, uma pessoa poderia segurar um pedaço de giz e sentir a pressão quando "escrevia" em um quadro virtual em virtude de uma ilusão háptica: como eles simultaneamente viram o giz em contato com a placa e sentiram sua pele esticada, eles foram enganados em sentir a pressão na ponta dos dedos.
Mais comumente, dispositivos hápticos vestíveis se comunicam através de vibração. O laboratório de Culbertson, por exemplo, está trabalhando em uma pulseira que guia o usuário vibrando na direção em que ele precisa girar. E a NeoSensory, empresa fundada pelo neurocientista David Eagleman, de Stanford, está desenvolvendo um colete com 32 motores vibratórios que foi exibido em um episódio da série de ficção científica da HBO, Westworld, onde aparentemente ajudou os personagens a identificar a direção dos inimigos que se aproximavam.
Uma das primeiras aplicações reais do colete será traduzir o som em sensação tátil para tornar a linguagem falada mais inteligível para pessoas com perda auditiva profunda ou completa. A Eagleman também está trabalhando na tradução de aspectos do mundo visual em vibrações para pessoas cegas. Outros esforços envolvem informações mais abstratas, como dados ambientais e de mercado - em vez de uma grade indicando onde as coisas estão espacialmente, um padrão complexo de vibrações pode indicar os preços de uma dúzia de ações.
Esta imagem mostra o desenho de um material macio e flexível semelhante a uma pele que se adapta ao corpo, para dispositivos hápticos vestíveis. As camadas do sensor e do atuador são separadas por camadas de silicone. Na camada do sensor, o titanato de zirconato de chumbo (PZT) traduz força para carga elétrica para realimentação ao computador. A camada do atuador contém pequenos bolsos que podem se encher de ar muitas vezes por segundo para feedback vibratório para o usuário. (Adaptado de HA Sonar e outros / Frontiers in Robotics e AI 2016) Motores de vibração podem ser volumosos, então alguns laboratórios estão desenvolvendo soluções mais confortáveis. O laboratório de Paik na EPFL está trabalhando em uma pele de atuador pneumático macio (SPA) - uma folha de silicone flexível com menos de 2 milímetros de espessura que é pontilhada com minúsculos bolsões de ar. Eles podem ser inflados e deflacionados independentemente dezenas de vezes por segundo e, assim, agir como pixels - ou "taxis", para elementos táteis - criando uma grade de sensações. Eles podem fornecer sentimentos do tipo que os ternos oferecem no Ready Player One, ou feedback sobre o posicionamento de robôs ou membros protéticos. A pele SPA também é incorporada com sensores feitos de uma nova liga metálica resistente à corrosão que permite que a mesma pele seja usada para entrada do computador quando o usuário a aperta.
Um filme háptico ainda mais fino - menos de meio milímetro de espessura - também está em desenvolvimento, criado pela Novasentis e feito de uma nova forma de plástico fluoreto de polivinilideno que equilibra força, flexibilidade e capacidade de resposta elétrica. Quando o filme é colocado em um lado de uma folha de material flexível e uma carga elétrica é aplicada, o filme contrai e flexiona a folha, aplicando pressão contra a pele. A Novasentis está fornecendo o material para fabricantes de dispositivos que estão colocando em luvas para realidade virtual e jogos.
"Você pode distinguir entre água e areia e rocha", diz Sri Peruvemba, vice-presidente de marketing da empresa. Os designers de RV também podem criar representações mais abstratas, como mensagens transmitidas por sensação sobre o estado de um jogo. “Podemos criar uma linguagem haptic inteira com nossa tecnologia”, diz Peruvemba.
As vibrações podem produzir outro tipo de ilusão háptica: a sensação de puxar. Se um dispositivo que vibra para a frente e para trás em paralelo à superfície da pele se move rapidamente em uma direção e lentamente volta para o outro lado, muitas vezes por segundo, parece que está puxando a pele na primeira direção.
Enquanto a maioria dos wearables usa a sensação tátil, eles também podem usar a entrada do músculo-articular-tendão da sensação cinestésica. Engenheiros desenvolveram exoesqueletos robóticos, uma espécie de andaime amarrado ao corpo com sensores e motores, que podem ajudar pessoas paralisadas a andar, dar super soldados aos soldados e permitir que as pessoas controlem robôs à distância. Um laboratório da EPFL desenvolveu o FlyJacket, que é usado com os braços estendidos para os lados, conectados por pistões até a cintura. Não parece especialmente voar, mas permite que as pessoas controlem o vôo de drones aéreos movendo seus braços e torcendo seus torsos. Quando o zangão sente uma rajada de vento, você também sente.
A categoria final dos dispositivos são interfaces palpáveis, como telas de smartphones que dão um pequeno impacto quando você clica em um aplicativo. O trabalho de Culbertson vai além de simples solavancos e zumbidos. Ela simula a textura em superfícies usando o que ela chama de “dados hápticos acionados por dados”. Em vez de escrever algoritmos complicados ou modelos físicos para gerar vibrações que simulam os reais, ela registra o que acontece quando algo é arrastado sobre diferentes tecidos ou outros materiais em diferentes velocidades. pressões. Então ela tem uma superfície que reproduz as vibrações quando uma caneta é arrastada através dela. As aplicações podem incluir compras online e museus virtuais.
Um dispositivo táctil tocável permite ao usuário “sentir” diferentes texturas, dependendo de quais padrões de vibração são transmitidos através da caneta. As vibrações mudam dependendo da velocidade com que a caneta é movida ou da quantidade de pressão que o usuário aplica. O objetivo é simular realisticamente a rugosidade, dureza e escorregadio das superfícies. (Cortesia de Heather Culbertson) Superfícies tocáveis também permitem tipos de ilusões. Por exemplo, diz Culbertson, tocar o som de um clique de botão quando alguém toca a imagem de um botão faz parecer que o botão está realmente clicando. Ou fazer a tela parecer deformar sob o dedo pode fazer com que ela pareça mais macia. As pessoas constroem a percepção amarrando a visão, o som, o tato, o paladar e o olfato - e, como diz Culbertson, “é muito fácil enganar seu cérebro se você tiver um descompasso entre os seus sentidos”.
Haptics realistas para a RV podem sempre ser desajeitados e caros. Ou a tecnologia pode eventualmente fazer o Ready Player One parecer estranho. Em ambos os casos, como podemos ver com passos de bebê, como o estrondoso ronco de controladores de videogame e telefones e relógios infinitamente vibrantes, os dispositivos hápticos estão aqui para ficar, adicionando uma nova dimensão às nossas vidas digitais.
A Revista Knowable é um esforço jornalístico independente de Análises Anuais. 
