По губам, сквозь десны, смотрите, геймеры, вот оно — или так кажется

Губы славятся чувственностью, но вместе с деснами и языком они также удивительно чувствительны, уступая только кончикам пальцев по плотности нервных окончаний. Исследователи из Университета Карнеги-Меллона использовали эту последнюю характеристику, чтобы разработать практический способ для людей получать тактильную обратную связь в виртуальных мирах.
 
Их система использует воздушные ультразвуковые волны для создания ощущений на губах, зубах и языке. Она достаточно маленькая и легкая, чтобы ее можно было прикрепить к нижней части очков виртуальной реальности (VR).
 
Представьте себе виртуальный мир, в котором есть питьевой фонтанчик. «Каждый раз, когда вы наклоняетесь и думаете, что должны чувствовать воду, вы внезапно чувствуете поток воды на своих губах», — говорит Вивиан Шен, доктор философии второго года обучения. студент  Института робототехники . «Это круто. Это делает процесс более захватывающим». Работая в Future Interfaces Group (FIG), Шен и Крейг Шульц, научный сотрудник  Института взаимодействия человека и компьютера , также использовали систему для создания таких тактильных эффектов, как капли дождя, брызги грязи и ползающие жуки.
 
Шен и Шульц разработали систему вместе с  Крисом Харрисоном , доцентом HCII и директором лаборатории FIG. Шен представил исследование команды 2 мая на конференции Ассоциации вычислительной техники по человеческому фактору в вычислительных системах (CHI 2022), где работа получила награду за лучшую статью.
 
По словам Шэня, хотя рот известен своей чувствительностью, исследователи столкнулись с трудностями в поиске средств для оказания на нем тактильных эффектов. Пользователи виртуальной реальности не любят засовывать вещи или прикрывать рот. Некоторые устройства большие и громоздкие. В одной из недавних попыток использовалась крошечная роботизированная рука, которая могла щелкать пером по губам или обрызгивать их водой, но Шен отметил, что это не будет практичным для широкого использования.
 
Ультразвук, однако, использовался исследователями для передачи ощущений в руки, позволяя им создавать тактильные эффекты, такие как виртуальные кнопки, которые пользователи могут ощущать, как они нажимаются. По словам Шэня, поскольку ультразвуковые волны могут распространяться по воздуху, хотя и только на короткие расстояния, они кажутся возможным решением для тактильных ощущений во рту.
 
Большинство людей знакомы с медицинской ультразвуковой визуализацией и датчиками, хотя известно, что эти устройства не вибрируют или не стимулируют кожу каким-либо иным образом. Тем не менее, можно использовать эти акустические волны, частота которых выше порога человеческого уха, для создания ощущений, фокусируя их в небольшой области.
 
Этот эффект достигается за счет использования нескольких модулей, генерирующих ультразвук, или преобразователей. Как и любая волна, ультразвуковые волны, создаваемые одним преобразователем, могут интерферировать с волнами других преобразователей — конструктивно, усиливая волны, или деструктивно, сводя их на нет. «Если правильно рассчитать время срабатывания преобразователей, можно заставить их все конструктивно интерферировать в одной точке пространства», — сказал Шен. В данном случае они нацелены на точки пиковой амплитуды на губах, зубах и языке. Тонкая модуляция ультразвукового выхода также усилила эффект.
 
Но ощущения ограничиваются прежде всего руками и ртом, сказал Шен. «Вы не можете почувствовать это в другом месте; наши предплечья, наш торс — в этих областях недостаточно нервных механорецепторов, необходимых для ощущения ощущения», — добавила она.
 
Устройство CMU представляет собой фазированную решетку из 64 крошечных преобразователей. Плоская матрица в форме полумесяца крепится к нижней части очков виртуальной реальности так, чтобы располагаться прямо над ртом.
 
Тактильные эффекты состоят из точечных импульсов, движений и постоянных вибраций, направленных на рот и синхронизированных с визуальными образами. Различные эффекты были оценены с использованием 16 добровольцев. Все испытуемые сообщили, что тактильные ощущения во рту улучшили их впечатления от виртуальной реальности.
 
Не все эффекты были одинаково полезны. Наиболее успешными были те, которые связаны со ртом — например, чистка зубов, ощущение капель дождя из открытого окна или ощущение жука, прогуливающегося по губам. Другие, такие как ощущение ходьбы по паутине, оказались интересными, но поскольку люди ожидали, что эти ощущения будут ощущаться на большей части тела, а не только во рту, эффект был менее сильным.
 
Шен заметил, что даже питье из фонтанчика, ориентированного на рот, может немного дезориентировать. «Это странно, потому что вы чувствуете воду, но она не мокрая», — сказала она.
 
«Наша фазированная решетка обеспечивает баланс между действительно выразительной и доступной ценой», — сказал Шен. Дальнейшая работа может добавить в каталог новые тактильные эффекты и сделать устройство меньше и легче.