El dispositivo háptico crea texturas virtuales realistas

La tecnología nos ha permitido sumergirnos en un mundo de imágenes y sonidos desde la comodidad de nuestros hogares, pero falta algo: el tacto. El tacto es una parte increíblemente importante de cómo las personas perciben su realidad. Los hápticos, o dispositivos que pueden crear vibraciones extremadamente específicas que pueden imitar el sentido del tacto, son una forma de dar vida a este tercer sentido. Sin embargo, cuando se trata de hápticos, los humanos son increíblemente precisos sobre si algo se siente "bien" o no, y las texturas virtuales no siempre dan en el blanco.

Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC han desarrollado una nueva forma para que las computadoras logren esta verdadera textura, con la ayuda de los humanos.

Denominado modelo basado en preferencias, el marco utiliza nuestra capacidad para distinguir entre los detalles de ciertas texturas como una herramienta para ajustar esas contrapartes virtuales.

La investigación se llevó a cabo en IEEE Transactions on Haptics por tres USC Viterbi Ph.D. Los estudiantes de Ciencias de la Computación Shihan Lu, Mianlun Zheng y Matthew Fontaine, así como Stefanos Nikolaidis, Profesor Asistente de Ciencias de la Computación de la USC Viterbi y Heather Culbertson, Profesora Asistente de Ciencias de la Computación de la USC Viterbi WiSE Gabilan.

"Pedimos a los usuarios que comparen su sensación entre la textura real y la textura virtual", explicó Lu, el primer autor. "Luego, el modelo actualiza iterativamente una textura virtual para que, al final, la textura virtual pueda coincidir con la real".

Según Fontaine, la idea surgió por primera vez cuando compartieron un curso sobre interfaces hápticas y entornos virtuales impartido por Culbertson en el otoño de 2019. Se inspiraron en la aplicación de arte Picbreeder, que puede generar imágenes una y otra vez según las preferencias del usuario hasta lograr el resultado deseado.

"Pensamos, ¿y si pudiéramos hacer esto para las texturas?", recuerda Fontaine.

Con este modelo basado en preferencias, primero se le da al usuario una textura del mundo real y el modelo genera aleatoriamente tres texturas virtuales con docenas de variables, de las cuales el usuario puede elegir la que se parezca más a la realidad. Con el tiempo, la búsqueda ajusta su distribución de estas variables a medida que se acerca a las preferencias del usuario. Según Fontaine, este método tiene una ventaja sobre la grabación y "reproducción" directa de texturas porque siempre hay una brecha entre lo que lee la computadora y lo que sentimos.

"Miden los parámetros como se sienten, en lugar de simplemente imitar lo que podemos registrar", dijo Fontaine. Habrá un error en cómo capturaste esta textura y cómo la renderizaste".

Todo lo que el usuario tiene que hacer es elegir qué textura se adapta mejor y ajustar la cantidad de fricción con un simple control deslizante. La fricción es esencial para la forma en que percibimos la textura, y se puede percibir de manera diferente de persona a persona. Es "muy simple", dijo Lu.

Su trabajo llega justo a tiempo para el mercado emergente de texturas virtuales específicas y precisas. Todo, desde videojuegos hasta diseño de moda, integra tecnología háptica, y las bases de datos existentes de texturas virtuales pueden mejorarse con este método de preferencia del usuario.

"Los dispositivos hápticos son cada vez más populares en los videojuegos, el diseño de moda y la simulación quirúrgica", dijo Lu. “Incluso en casa, hemos comenzado a ver usuarios con estos dispositivos (hápticos) que se vuelven tan populares como las computadoras portátiles. Por ejemplo, en los videojuegos en primera persona, les hará sentir que realmente están interactuando con su entorno".

Lu ha realizado anteriormente otros trabajos sobre tecnología inmersiva, pero con sonido, específicamente, para hacer que la textura virtual sea aún más inmersiva mediante la introducción de sonidos apropiados cuando la herramienta interactúa con ella.

"Cuando interactuamos con el entorno a través de una herramienta, la retroalimentación táctil es solo una modalidad, un tipo de retroalimentación sensorial", dijo Lu. "El audio es un tipo diferente de retroalimentación sensorial, y ambos son muy importantes".

El modelo de búsqueda de texturas también le permite a alguien tomar una textura virtual de una base de datos, como el Haptic Texture Toolkit de la Universidad de Pensilvania, y refinarla hasta obtener el resultado deseado.

"Puedes usar las texturas virtuales anteriores que otros han buscado y luego optimizar aún más en función de ellas", dijo Lu. "No tienes que buscar cada vez".

Esto es especialmente útil para las texturas virtuales utilizadas en la educación dental o quirúrgica, que según Lu deben ser extremadamente precisas.

"El entrenamiento quirúrgico es definitivamente un campo enorme que requiere texturas muy realistas y retroalimentación táctil", dijo Lu. "El diseño de moda también requiere mucha precisión en la textura en el desarrollo antes de hacerlo".

En el futuro, incluso las texturas reales pueden no ser necesarias para el modelo, explicó Lu. La forma en que ciertas cosas en nuestras vidas se sienten es tan intuitiva que inherentemente podemos ajustar una textura para que coincida con ese recuerdo simplemente mirando una foto, sin la textura real como referencia que tenemos delante de nosotros.

"Cuando vemos una mesa, podemos imaginar cómo se siente la mesa cuando la tocamos", dijo Lu. "Con este conocimiento previo que tenemos de la interfaz, puede brindarles a los usuarios comentarios visuales y ellos pueden elegir lo que se ajuste".