Technologie von Haptic oder haptics, ist eine fühlbare Feed-Back-Technologie, die den Tastsinn durch die Verwendung von Kräften, Vibrationen oder Bewegungen dem Benutzer ausnutzt. Diese mechanische Anregung kann verwendet werden, um bei der Entwicklung von virtuellen Gegenständen in einer Computersimulation zu helfen, solche virtuellen Gegenstände zu kontrollieren, und die Fernbedienung von Maschinen und Geräten (telerobotics) zu erhöhen. Es ist als das "Tun für den Tastsinn beschrieben worden, was Computergrafik für die Vision tut". Geräte von Haptic können fühlbare Sensoren vereinigen, die Kräfte messen, die vom Benutzer auf die Schnittstelle ausgeübt sind.

Technologie von Haptic hat es möglich gemacht nachzuforschen, wie der menschliche Tastsinn durch das Erlauben der Entwicklung sorgfältig kontrollierter haptic virtueller Gegenstände arbeitet. Diese Gegenstände werden verwendet, um menschliche haptic Fähigkeiten systematisch zu untersuchen, die sonst schwierig sein würden zu erreichen. Diese Forschungswerkzeuge tragen zum Verstehen dessen bei, wie Berührung und sein zu Grunde liegendes Gehirn Arbeit fungieren.

Das Wort haptic, vom Griechen (haptikos), bedeutet, dem Tastsinn zu gehören, und kommt aus dem griechischen Verb haptesthai, bedeutend, sich in Verbindung zu setzen oder sich zu berühren.

Geschichte

Eine der frühsten Anwendungen der haptic Technologie war in großen Flugzeugen, die Servosystem-Systeme verwenden, um Kontrolloberflächen zu bedienen. Solche Systeme neigen dazu, "Einweg-" zu sein, bedeutend, dass Außenkräfte angewandt aerodynamisch auf die Kontrolloberflächen an den Steuerungen nicht wahrgenommen werden. Hier werden die fehlenden normalen Kräfte mit Frühlingen und Gewichten vorgetäuscht. In früher wurde das leichtere Flugzeug ohne Servosysteme, weil sich das Flugzeug einer Marktbude das aerodynamische Herumstoßen (Vibrationen) genähert hat, in den Steuerungen des Piloten gefühlt. Das war eine nützliche Warnung vor einer gefährlichen Flugbedingung. Dieses Kontrollschütteln wird nicht gefühlt, wenn Servoregelsysteme verwendet werden. Um dieses fehlende Sinnesstichwort zu ersetzen, wird der Winkel des Angriffs gemessen, und wenn es sich nähert, die kritische Marktbude spitzen an, dass ein "Stock-Mixbecher" (eine unausgeglichene rotierende Masse) beschäftigt ist, der die Antwort eines einfacheren Regelsystems vortäuscht. Wechselweise kann die Servokraft gemessen werden, und das Signal zu einem Servosystem auf der Kontrolle geleitet, die als Kraft-Feed-Back bekannt ist. Kraft-Feed-Back ist experimentell in einigen Ausgräbern durchgeführt worden und ist nützlich, wenn man gemischtes Material wie große Felsen ausgräbt, die im Schlamm oder Ton eingebettet sind. Es erlaubt dem Maschinenbediener, "sich zu fühlen" und um ungesehene Hindernisse zu arbeiten, bedeutende Zunahmen in der Produktivität ermöglichend.

Design

Haptics werden durch Auslöser ermöglicht, die Kräfte auf die Haut für das Berührungsfeed-Back anwenden. Der Auslöser stellt mechanische Bewegung als Antwort auf einen elektrischen Stimulus zur Verfügung. Frühste Designs des haptic Feed-Backs verwenden elektromagnetische Technologien wie schwingungsfähige Motoren, wie ein vibrierendes Alarmsignal in einem Mobiltelefon oder eine Stimmenrolle in einem Sprecher, wohin eine Hauptmasse durch ein angewandtes magnetisches Feld bewegt wird. Diese elektromagnetischen Motoren funktionieren normalerweise an der Klangfülle und stellen starkes Feed-Back zur Verfügung, aber erzeugen eine beschränkte Reihe von Sensationen. Folgende Generationsauslöser-Technologien beginnen, zu erscheinen, eine breitere Reihe von Effekten wegen schnellerer Ansprechzeiten anbietend. Folgende Generation haptic Auslöser-Technologien schließt electroactive Polymer, piezoelektrische und elektrostatische Oberflächenbetätigung ein.

Kommerzielle Anwendungen

Teleoperators und Simulatoren

Teleoperators sind entfernt hat robotic Werkzeuge kontrolliert — wenn Kontakt-Kräfte dem Maschinenbediener wieder hervorgebracht werden, wird es haptic teleoperation genannt. Das erste hat elektrisch teleoperators angetrieben wurden in den 1950er Jahren am Argonne Nationalen Laboratorium von Raymond Goertz gebaut, um radioaktive Substanzen entfernt zu behandeln. Seitdem ist der Gebrauch des Kraft-Feed-Backs weit verbreiteter in anderen Arten von teleoperators wie entfernte kontrollierte Unterwassererforschungsgeräte geworden.

Wenn solche Geräte mit einem Computer vorgetäuscht werden (wie sie in Maschinenbediener-Lehrgeräten sind), ist es nützlich, das Kraft-Feed-Back zur Verfügung zu stellen, das in wirklichen Operationen gefühlt würde. Da die Gegenstände, die manipulieren werden, in einem physischen Sinn nicht bestehen, werden die Kräfte mit haptic (das Kraft-Erzeugen) Maschinenbediener-Steuerungen erzeugt. Daten, die Berührungssensationen vertreten, können gespart werden oder haben das Verwenden solcher haptic Technologien abgespielt. Simulatoren von Haptic werden in medizinischen Simulatoren und Flugsimulatoren für die Versuchsausbildung verwendet.

Computer und Videospiele

Feed-Back von Haptic wird in Arkade-Spielen allgemein verwendet, besonders Videospiele laufen lassend. 1976 waren das Motorfahrrad-Spielmotocross von Sega, auch bekannt als Fonz, das erste Spiel, um haptic Feed-Back zu verwenden, das die Lenkstangen veranlasst hat, während einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug zu vibrieren. Der TX-1 von Tatsumi hat Kraft-Feed-Back in Autofahrspiele 1983 eingeführt.

Einfache haptic Geräte sind in der Form von Spielkontrolleuren, Steuerknüppeln und Steuerrädern üblich. Frühe Durchführungen wurden durch fakultative Bestandteile, wie Nintendo Rumble Pak von 64 Kontrolleur zur Verfügung gestellt. Viele neuere Generation tröstet Kontrolleur- und Steuerknüppel-Eigenschaft, die in Feed-Back-Geräten einschließlich der Technologie von DualShock von Sony gebaut ist. Einige Kraftfahrzeugsteuerrad-Kontrolleure werden zum Beispiel programmiert, um ein "Gefühl" der Straße zur Verfügung zu stellen. Da der Benutzer eine Umdrehung macht oder sich beschleunigt, antwortet das Steuerrad durch das Widerstehen Umdrehungen oder das Gleiten aus der Kontrolle.

2007 hat Novint den Falken, den ersten Verbraucher 3D-Berührungsgerät mit der hohen Entschlossenheit dreidimensionales Kraft-Feed-Back befreit; das hat die haptic Simulation von Gegenständen, Texturen, Rückstoß, Schwung und der physischen Anwesenheit von Gegenständen in Spielen erlaubt.

Personalcomputer

2008 haben MacBook des Apfels und MacBook Pro angefangen, einen "Fühlbaren Touchpad" Design mit der Knopf-Funktionalität und dem haptic in die Verfolgen-Oberfläche vereinigten Feed-Back zu vereinigen. Produkte wie Synaptics ClickPad sind danach gefolgt.

Bewegliche Geräte

Fühlbares haptic Feed-Back wird in Zellgeräten üblich. Hörer-Hersteller wie LG und Motorola schließen verschiedener Typen von haptic Technologien in ihren Geräten ein; in den meisten Fällen nimmt das die Form der Vibrieren-Antwort auf die Berührung an. Alpine Electronics verwendet eine haptic Feed-Back-Technologie genannt PulseTouch auf vielen von ihrem Sensorbildschirm-Auto Navigations- und Stereoeinheiten. Die Verknüpfung zeigt Man haptic Feed-Back gemäß ihren Spezifizierungen.

Virtuelle Realität

Haptics gewinnen weit verbreitete Annahme als ein Schlüsselteil von Systemen der virtuellen Realität, den Tastsinn zu vorher seheinzigen Lösungen hinzufügend. Die meisten dieser Lösungen verwenden Kopierstift-basierte Haptic-Übergabe, wo der Benutzer zur virtuellen Welt über ein Werkzeug oder Kopierstift verbindet, eine Form der Wechselwirkung gebend, die auf der heutigen Hardware rechenbetont realistisch ist. Systeme werden entwickelt, um Haptic-Schnittstellen für das 3D-Modellieren und Design zu verwenden, die beabsichtigt sind, um Künstlern eine virtuelle Erfahrung des echten interaktiven Modellierens zu geben. Forscher von der Universität Tokios haben 3D-Hologramme entwickelt, die durch das haptic Feed-Back mit "akustische Radiation" "berührt" werden können, um eine Druck-Sensation auf Händen eines Benutzers zu schaffen (sieh zukünftige Abteilung). Die Forscher, die von Hiroyuki Shinoda geführt sind, hatten die Technologie auf der Anzeige in SIGGRAPH 2009 in New Orleans.

Forschung

Forschung ist getan worden, um verschiedene Arten von taction mittels Hochleistungsvibrationen oder anderer Stimuli vorzutäuschen. Ein Gerät dieses Typs verwendet eine Polster-Reihe von Nadeln, wo die Nadeln vibrieren, um eine Oberfläche vorzutäuschen, die wird berührt. Während das kein realistisches Gefühl hat, stellt es wirklich nützliches Feed-Back zur Verfügung, Urteilsvermögen zwischen verschiedenen Gestalten, Texturen und Elastizitäten erlaubend. Mehrere haptics APIs sind für Forschungsanwendungen, wie Chai3D, OpenHaptics und Open Source H3DAPI entwickelt worden.

Medizin

Schnittstellen von Haptic für die medizinische Simulation können sich besonders nützlich für die Ausbildung in minimal angreifenden Verfahren wie Laparoskopie und interventional Röntgenologie erweisen, sowie um entfernte Chirurgie durchzuführen. Ein besonderer Vorteil dieses Typs der Arbeit besteht darin, dass Chirurgen mehr Operationen eines ähnlichen Typs mit weniger Erschöpfung durchführen können. Es wird gut dokumentiert, dass ein Chirurg, der mehr Verfahren einer gegebenen Art durchführt, statistisch bessere Ergebnisse für seine Patienten haben wird. Schnittstellen von Haptic werden auch in der Rehabilitationsrobotertechnik verwendet.

In der Augenheilkunde bezieht sich haptic auf das Unterstützen von Frühlingen, von denen zwei eine künstliche Linse innerhalb der Linse-Kapsel nach der chirurgischen Eliminierung des grauen Stars halten.

Virtual Haptic Back (VHB) wurde in den Lehrplan an der Ohio Universität Universität der Osteopathic Medizin erfolgreich integriert. Forschung zeigt an, dass VHB eine bedeutende lehrende Hilfe in der palpatory Diagnose (Entdeckung von medizinischen Problemen über die Berührung) ist. Der VHB täuscht die Kontur und Steifkeit von menschlichen Rücken vor, die mit zwei Haptic-Schnittstellen (SensAble Technologies, PHANToM 3.0) befühlt werden.

Haptics sind auch im Feld von prosthetics und orthotics angewandt worden. Forschung ist laufend gewesen, um wesentliches Feed-Back von einem prothetischen Glied bis seinen Träger zur Verfügung zu stellen. Mehrere Forschungsprojekte durch die US-Abteilung der Ausbildung und Nationalen Institute für die Gesundheit haben sich auf dieses Gebiet konzentriert. Die neue Arbeit von Edward Colgate, Pravin Chaubey und Allison Okamura. hat sich darauf konzentriert, grundsätzliche Probleme zu untersuchen und Wirksamkeit für Rehabilitation zu bestimmen.

Robotertechnik

Die Schattenhand verwendet den Tastsinn, den Druck und die Position, die Kraft, Feinheit und Kompliziertheit des menschlichen Griffs wieder hervorzubringen. Der SDRH wurde von Richard Greenhill und seiner Mannschaft von Ingenieuren in London als ein Teil Des Schattenprojektes, jetzt bekannt als Shadow Robot Company, ein andauerndes Forschungs- und Entwicklungsprogramm entwickelt, dessen Absicht ist, den ersten überzeugenden künstlichen humanoid zu vollenden. Ein früher Prototyp kann in der Sammlung der NASA von humanoid Robotern oder robonauts gesehen werden. Die Schattenhand hat haptic in jedem Gelenk- und Finger-Polster eingebettete Sensoren, der Relaisinformation zu einem Hauptcomputer für die Verarbeitung und Analyse. Universität von Carnegie Mellon in Pennsylvanien und Bielefeld Universität in Deutschland haben gefunden, dass Die Schattenhand ein unschätzbares Werkzeug im Vorrücken des Verstehens des haptic Bewusstseins war, und 2006 wurden sie an der zusammenhängenden Forschung beteiligt. Der erste GESPENST, der erlaubt, mit Gegenständen in der virtuellen Realität durch die Berührung aufeinander zu wirken, wurde von Thomas Massie während ein Student von Ken Salisbury an MIT entwickelt.

Künste und Design

Das Berühren wird auf das Gefühl nicht beschränkt, aber erlaubt Zwischentätigkeit in Realtime mit virtuellen Gegenständen. So werden haptics in virtuellen Künsten, wie gesunde Synthese oder grafisches Design und Zeichentrickfilm verwendet. Das haptic Gerät erlaubt dem Künstler, direkten Kontakt mit einem virtuellen Instrument zu haben, das Echtzeitton oder Images erzeugt. Zum Beispiel erzeugt die Simulation einer Geige-Schnur Echtzeitvibrationen dieser Schnur unter dem Druck und Ausdrucksvollen des Bogens (haptic Gerät) gehalten vom Künstler. Das kann mit der physischen modellierenden Synthese getan werden.

Entwerfer und Modellierer können hohen Grad von Freiheitseingangsgeräten verwenden, die Berührungsfeed-Back in Zusammenhang mit der "Oberfläche" geben, die sie formen oder schaffen, schnelleren und natürlicheren Arbeitsablauf erlaubend, als traditionelle Methoden.

Künstler, die mit der haptic Technologie wie Vibrotactile-Effektoren arbeiten, sind Christa Sommerer, Laurent Mignonneau und Stahl Stenslie.

Zukünftige Anwendungen

Zukünftige Anwendungen der haptic Technologie bedecken ein breites Spektrum der menschlichen Wechselwirkung mit der Technologie. Aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Beherrschung der fühlbaren Wechselwirkung mit Hologrammen und entfernten Gegenständen, die, wenn erfolgreich, auf Anwendungen und Förderungen im Spielen, dem Kino, der Herstellung, den medizinischen und anderen Industrien hinauslaufen können. Die medizinische Industrie gewinnt von virtuellen und telepresence Chirurgien mit Sicherheit, die neue Optionen für die ärztliche Behandlung zur Verfügung stellen. Die Kleidungseinzelindustrie konnte von der haptic Technologie gewinnen, indem sie Benutzern erlaubt worden ist, die Textur der Kleidung zum Verkauf im Internet "zu fühlen". Zukünftige Förderungen in der haptic Technologie können neue Industrien schaffen, die vorher nicht ausführbar oder realistisch waren.

Holografische Wechselwirkung

Forscher an der Universität Tokios arbeiten am Hinzufügen haptic Feed-Back zu holografischen Vorsprüngen. Das Feed-Back erlaubt dem Benutzer, mit einem Hologramm aufeinander zu wirken und fühlbare Antworten zu erhalten, als ob der holografische Gegenstand echt war. Die Forschung verwendet Ultraschall-Wellen, um akustischen Strahlendruck zu schaffen, der fühlbares Feed-Back zur Verfügung stellt, weil Benutzer mit dem holografischen Gegenstand aufeinander wirken. Die haptic Technologie betrifft das Hologramm oder die Wechselwirkung damit, nur die fühlbare Antwort nicht, die der Benutzer wahrnimmt. Die Forscher haben ein Videoanzeigen angeschlagen, was sie den Bordultraschall Fühlbare Anzeige nennen. die Technologie war zur Massenproduktion oder Hauptströmungsanwendung in der Industrie nicht bereit, aber schritt schnell fort, und Industriegesellschaften haben eine positive Antwort auf die Technologie gezeigt. Dieses Beispiel der möglichen zukünftigen Anwendung ist erst, in dem der Benutzer mit einem speziellen Handschuh nicht ausgerüstet werden muss oder verwenden Sie eine spezielle Kontrolle — können sie gerade "hinaufgehen und [es] verwenden".

Zukünftige medizinische Anwendungen

Eine sich zurzeit entwickelnde medizinische Neuerung ist ein von Chirurgen verwendeter Hauptarbeitsplatz, um Operationen entfernt durchzuführen. Lokales Pflegepersonal hat die Maschine aufgestellt und bereitet den Patienten vor, und aber nicht reist zu einem Operationssaal, der Chirurg wird ein telepresence. Das erlaubt erfahrenen Chirurgen, von jenseits des Landes zu funktionieren, Verfügbarkeit der erfahrenen ärztlichen Behandlung vergrößernd. Technologie von Haptic stellt fühlbar und Widerstand-Feed-Back Chirurgen zur Verfügung, weil sie das robotic Gerät bedienen. Da der Chirurg einen Einschnitt macht, fühlen sie Bänder, als ob direkt am Patienten arbeitend.

, Forscher an der Universität von Stanford entwickelten Technologie, um Chirurgie zu Lehrzwecken vorzutäuschen. Vorgetäuschte Operationen erlauben Chirurgen und chirurgischen Studenten, sich zu üben und sich mehr auszubilden. Technologie von Haptic hilft in der Simulation durch das Schaffen einer realistischen Umgebung der Berührung. Viel wie telepresence Chirurgie fühlen Chirurgen vorgetäuschte Bänder oder den Druck eines virtuellen Einschnitts, als ob es echt war. Die Forscher, die von J. Kenneth Salisbury dem Jüngeren geführt sind., Professor der Informatik und Chirurgie, hoffen Sie im Stande zu sein, realistische innere Organe für die vorgetäuschten Chirurgien zu schaffen, aber Salisbury hat festgestellt, dass die Aufgabe schwierig sein wird. Die Idee hinter der Forschung besteht darin, dass "gerade als sich kommerzielle Piloten in Flugsimulatoren ausbilden, bevor sie auf echten Passagieren losgelassen werden, werden Chirurgen im Stande sein, ihre ersten Einschnitte zu üben, ohne wirklich jeden zu schneiden".

Siehe auch

• Liste von Spielen, die Kraft-Feed-Back unterstützen
• Organische Benutzerschnittstelle
• Verdrahteter Handschuh
• Liste von Haptic Robotic Companies

Zeichen

• Klein. D, D. Rensink, H. Freimuth, G. J. Monkman, S. Egersdörfer, H. Böse & M. Baumann. Das Modellieren der Antwort einer Fühlbaren Reihe mit Electrorheological Flüssigkeiten. Zeitschrift der Physik D: Angewandte Physik, vol 37, Nr. 5, pp794-803, 2004.
• Klein. D, H. Freimuth, G. J. Monkman, S. Egersdörfer, A. Meier, H. Böse M. Baumann, H. Ermert & O. T. Bruhns. Electrorheological Fühlbare Elemente. Mechatronics Vol 15, Nr. 7, pp883-897. Pergamon, September 2005.
• Monkman. G. J. Eine Electrorheological Fühlbare Anzeige. Anwesenheit (Zeitschrift von Teleoperators und Virtual Environments) Vol. 1, Ausgabe 2, Seiten 219-228, MIT Presse, Juli 1992.
• Robles De La Torre G. Principles von Haptic Wahrnehmung in Virtuellen Umgebungen. In der Grunwald M (Hrsg.). Menschliche Haptic Wahrnehmung, Birkhäuser Verlag, 2008.

Außenverbindungen

• Steuerknüppel frei zu schweben, verbessert Computerfeed-Back
• Was ist Kraft-Feed-Back? (auf telerobotic Handhabern) - Kraft TeleRobotics
• Video der Novint Falke-Demo in CES 2007.
• H3DAPI - Offene Quelle haptics API; entwickelt von SenseGraphics
• Laboratorium von BioRobotics, Forschung über Haptics und Teleoperation
• Ein Zeichentrickfilm, der erklärt, wie haptic Technologie des Kraft-Feed-Backs arbeitet
• IEEE technisches Komitee auf Haptics
• Special Interest Group auf Haptics (Haptics SIG)
• Haptics-L: die elektronische Adressenliste für die internationale Gemeinschaft von Haptics