Haptics uitgelegd: definitie, voordelen en praktische toepassingen

De term haptisch is afgeleid van het Griekse woord "haptikos", wat tastzin betekent. De tastzin kan gecategoriseerd worden als actief en passief. Haptisch is meestal geassocieerd met actieve aanraking om te communiceren of items te herkennen.

Het kan verwijzen naar elke vorm van interactie die aanraking betreft. Bijvoorbeeld –

• Op het gebied van non-verbale communicatie, verwijst haptisch naar de manieren waarop dieren en mensen communiceren en interageren via de tastzin.
• In termen van perceptie, betekent haptisch letterlijk de capaciteit 'om iets te grijpen'.
• In technologie, verwijst haptics naar het creëren van een aanrakingservaring door krachten, bewegingen of trillingen toe te passen op de gebruiker.

In dit artikel richten we ons op de technologische aspecten van haptics, inclusief de geschiedenis, implementatie en toepassingen. Laten we beginnen met de basis: wat is haptics eigenlijk?

Definitie: Haptics is de wetenschap van het toepassen van tactiele sensatie en controle op menselijke interactie met computerapplicaties. Een haptisch apparaat omvat fysiek contact tussen een gebruiker en een computer via een input-output apparaat, zoals gamecontrollers en joysticks.

Hoe Wordt Haptics Geïmplementeerd?

Haptische technologie kan op twee manieren geïmplementeerd worden: Trilling en Krachtterugkoppeling

1. Trilling: De meeste elektronische apparaten bieden haptische terugkoppeling via trilling. De trilling wordt meestal gegenereerd door een elektrisch motor bestaande uit een ongebalanceerde massa op zijn aandrijfas. Wanneer de as roteert, draait het de oneffenmassige massa, waardoor het bevestigde apparaat schudt.

Moderne apparaten, zoals iPhones en MacBooks, gebruiken trilling om haptische terugkoppeling te bieden. Echter, in plaats van elektrische motoren, gebruiken ze een magnetische spoel om trilling te genereren. De massa beweegt in een wederkerige manier, wat kortere responstijden en nauwkeurige haptische beelden oplevert.

2. Krachtterugkoppeling: Vele apparaten gebruiken motoren om de beweging van objecten die door een gebruiker worden vastgehouden te controleren. Bestuurderassistentiesystemen en race-videospellen zijn de beste voorbeelden van dergelijke apparaten. Ze draaien het stuur en duwen het gas of de rem om krachten te simuleren die ervaren worden bij het besturen van een echt voertuig.

Toepassingen

De vroegste versies van haptische technologie werden voor het eerst gebruikt in grote vliegtuigen die fout-detecterende negatieve terugkoppelingsystemen hadden. Er werden gebruikt om waarschuwing te geven van gevaarlijke vluchtomstandigheden zodat operators kunnen 'voelen' en om de onziene barrières heen kunnen werken.

Een Aura Interactor krachtterugkoppeling vest | Afbeeldingscredit: Wikimedia

In de vroege jaren '70 werd het eerste tactiele communicatiesysteem ontwikkeld bij Bell Telephone Lab. Twee decennia later werden draagbare krachtterugkoppelingsapparaten en systemen met persoonlijke haptische interface mechanismen ontwikkeld.

Vandaag de dag heeft haptische technologie tientallen toepassingen, variërend van robotica en geneeskunde tot virtuele realiteit.

1. Desktops en mobiele apparaten

Taptic engine ingebouwd in een iPhone | Afbeeldingscredit: iFixit

Apple introduceerde het tactiele touchpad-ontwerp in de MacBook-serie. In 2015 introduceerde het bedrijf 'Force Touch' trackpads in alle MacBooks, die klikken simuleren met een Taptic Engine. Deze force touch-technologie gebruikt druksensoren om nog een invoermethode toe te voegen aan Apple-apparaten.

De meeste smartphones gebruiken tactiele haptische terugkoppeling om gebruikers te laten weten dat een aanraking is geaccepteerd. Sommige apparaten gebruiken oppervlakte-haptische technologie die haptische effecten creëert op touchscreens en andere fysieke oppervlakken.

Verder bieden tactiele display-apparaten grafische en tekstinformatie met behulp van de tastzin. Ze zijn ongelooflijk nuttig om dove of blinde mensen te helpen.

2. Videospellen

Xbox One controller met Impulse Trigger technologie

Arcade-spellen, zoals Fonz, begonnen in de midden jaren '70 haptische terugkoppeling te gebruiken. Aan het einde van de 20e eeuw waren haptische apparaten zoals joysticks, gamecontrollers en sturen al gemeengoed geworden.

Vandaag de dag komen diverse joysticks en console-controllers met ingebouwde terugkoppelingsapparaten, inclusief Microsoft's Impulse Trigger technologie en Sony's DualShock technologie.

In 2018 onthulde Razer een draadloze headset genaamd de Nari Ultimate met een paar breedefrequente haptische drivers. Sony overweegt ook de weerstand van de trigger-controls op te nemen om nog nauwkeurigere haptische terugkoppeling in PlayStation 5-controllers te maken.

3. Automotive en luchtvaart

Haptische terugkoppelingstechnologie is ook geïntegreerd in grote touchscreen-bedieningspanelen in voertuig-dashboards. Het verhoogt de veiligheid door bevestiging van aanraakopdrachten te geven, zodat de bestuurder zijn ogen niet van de hoeft te halen.

Het biedt ook additionele haptische informatie, zoals een alert trillingspatroon bij overschrijding van de snelheidslimiet.

De luchtvaartindustrie heeft haptische technologie ook aangenomen om te communiceren hoe manoeuvreerbaarheid beïnvloed wordt door vluchtenvelopgrenswaarden. Haptische systemen gebruiken kracht- en stijfheidsterugkoppeling om het risico te verlagen dat pilots onveilige vluchttoestanden betreden, zoals verlies van lift, oversnelding, of excessive belastingsfactoren.

4. Robotica

De nieuwe robotische besturingstechnologie genaamd haptics wordt ontwikkeld om complexe taken via telepresence uit te voeren. Chirurgische robots, bijvoorbeeld, laten dokters opereren vanaf de andere kant van de wereld, of manipuleren items die te klein/krap zijn voor hun handen.

Verschillende studies hebben getoond dat het incorporeren van haptische terugkoppeling in de besturing van robots de nauwkeurigheid verbetert en weefselschade vermindert. Het kan ook artsen toestaan om te trainen op patiënten die alleen in virtuele realiteit bestaan, terwijl ze het gevoel van echt snijden en hechten krijgen.

Deze typen robots zouden ook nuttig zijn in diverse situaties, zoals het redden van mensen uit rampen, het ontmantelen van bommen, of het repareren van ruimtevaartinstrumenten zonder voorbereiding op een ruimtewandeling.

Onderzoekers zijn erin geslaagd een haptische handschoen te ontwikkelen met 120 microfluidische actuatoren die tegen de huid van de gebruiker duwen op dezelfde manier als een echt object zou. Wanneer gemonteerd op de geavanceerde anthropomorfe robotische hand, kan het alles voelen wat een menselijke vingertop kan voelen, inclusief temperatuur, kracht en trilling.

Lees: 15 Verschillende Typen Robots | Uitgelegd

5. Geneeskunde

Whole Hand Haptics | Credit: Center for image analysis

In het medische veld worden haptische interfaces gebruikt voor invasieve procedure-training, zoals interventionele radiologie en laparoscopie, evenals voor de training van tandartsstudenten.

Het Center for Image Analysis werkt al meer dan een decennium in dit veld: ze hebben het HASP-systeem ontwikkeld dat stereovisualisatie combineert met hoge-getrouwheid haptische terugkoppeling om preoperatieve testen voor het herstellen van botfragmenten mogelijk te maken.

Ze hebben ook een flexibel haptisch sculptuurtool, een haptisch uitlijningstool voor visuele assemblage, en de whole hand haptics met echte 3D-displays ontworpen.

6. Virtuele Realiteit (VR)

NeoSensory's haptische jas

Virtuele Realiteit haptics-technologie biedt een extra dimensie aan de kunstmatige wereld door gebruikers de virtuele omgeving te laten voelen via de tastzin, naast audiovisuele perceptie.

Veel bedrijven komen met intrigerende haptische producten, zoals tors- of full-body haptische pakken, om een werkelijk immersieve ervaring te leveren.

Disney maakte bijvoorbeeld een Force Jacket die fysieke ervaringen simuleert voor mensen die het dragen. Het is een 5-pond software-gecontroleerde jas met een klep-systeem dat 26 luchtcompartimenten opblaast en weer leeg laat lopen. De jas is ontworpen voor gebruik in de gaming- en entertainment-industrie.

Een ander bedrijf genaamd NeoSensory ontwikkelt een haptische jas die de drager de muur laat voelen die ze hebben geraakt, een andere avatar's aanraking, een knuffel, regendruppels, schoten, en zelfs explosies.

Lees: 18 Beste Augmented Reality (AR) Apps

Al met al, de toekomst van haptische technologie is niet beperkt tot teleoperaties en simulators. In plaats daarvan is het geïntegreerd in de gehele menselijke ervaring. Het zal steeds meer mensen toestaan om dingen te ervaren die ze anders nooit zouden hebben.