Explotació hàptica o tàctil

2009/04/01 Zabala Larrañaga, Xabier - Industria-ingeniaria Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingeniaritza
• Teknologia
• Sariak

La informació que podem rebre a través del tacte és molt rica. De fet, si es perd el tacte, moltes de les accions que realitzem sense adonar-nos serien impossibles. Has provat de caminar amb la cama formiguejada? O amarrant els cordons del calçat després d'usar la neu?

Sense capacitat tàctil, els moviments del cos mesurats i la interacció amb el mitjà es converteixen en gairebé impossibles. Més encara, si es perd la capacitat de sentir la calor i el dolor, moltes situacions que d'una altra manera no produirien mal es converteixen en perilloses.

Els dispositius que transmeten informació a través del tacte es denominen dispositius hápticos i, segons les previsions, XXI. En el segle XX poden revolucionar els coneguts sistemes de comunicació entre l'ésser humà i el mitjà.

Pel que fa a l'etimologia, l'origen de la paraula "haptika" es troba en el grec, on la paraula haptesthai engloba tot el relacionat amb el sentit tàctil.

Si volguéssim compaginar el significat d'Haptika en una sola frase, diríem: Haptika és una ciència que estudia la recerca, el desenvolupament i l'ús de sistemes de comunicació tàctils entre l'ésser humà i el mitjà.

Components de sistemes hápticos

En els sistemes hápticos podem distingir tres components fonamentals: usuari, interfície o dispositiu háptico i mitjà.

1. L'usuari és una part important del sistema háptico ja que influeix decisivament en el comportament i estabilitat del sistema. L'usuari és la part intrínseca del bucle de control: d'una banda, les seves accions afecten directament l'activitat del sistema i, per un altre, segons aquesta activitat, el sistema háptico retroalimenta les sensacions tàctils.

2. La interfície hàptica és un dispositiu mecànic que serveix d'enllaç entre l'usuari i el mitjà. Els sensors allí situats informen el sistema dels moviments del dispositiu mentre que els actuadors actuen sobre l'usuari mitjançant el tacte, transmetent informació hàptica.

3. Quant a l'entorn, en general, els sistemes hápticos treballen amb entorns virtuals. Aquests entorns es presenten mitjançant interfícies gràfiques, és a dir, pantalles, canó de projeccions o cascos estereoscòpics. La imatge que veurà l'usuari es construeix mitjançant programari i l'eina virtual que utilitza. Així mateix, en funció dels moviments i interaccions virtuals d'aquesta eina, es calculen les forces a retroalimentar a l'usuari.

No obstant això, cada vegada són més els sistemes hápticos que operen amb mitjans reals. En aquests casos, l'eina utilitzada per l'usuari és real i pot ser manejada pel propi usuari o remota. Les forces retroalimentades a l'usuari depenen de paràmetres mesurats en el propi instrument o en l'entorn.

Característiques principals dels dispositius hápticos

La majoria de les interfícies tàctils disponibles en l'actualitat no fan més que llegir els moviments de l'usuari i l'usuari rep informació audiovisual de l'entorn.

No obstant això, els dispositius hápticos, a més de llegir els moviments de l'usuari, són capaços de generar forces i sensacions que permeten la interacció tàctil bidireccional amb l'usuari. Per tant, l'usuari pot rebre informació no sols audiovisual, sinó també tàctil.

Fer una lectura dels moviments de l'usuari és un camp molt estudiat, però no és una cosa fútil transmetre informació a l'usuari a través del tacte. Per a afrontar aquest repte és necessari el coneixement d'àrees com la robòtica, la informàtica, el control de sistemes, la fisiologia o la psicologia.

Aprofitant aquestes àrees de coneixement, els dispositius hápticos han de tenir una característica principal per a garantir el seu correcte funcionament: la transparència. Un dispositiu háptico ha de complir dues condicions per a poder ser considerat estructuralment transparent:

- L'usuari només ha de sentir forces teòriques retroalimentades, és a dir, les característiques mecàniques del dispositiu no poden provocar canvis en les forces retroalimentades.

- Les sensacions o forces tàctils retroalimentades han de reflectir fidelment la realitat.

Per a poder complir aquests dos requisits és necessari un bon coneixement de les tècniques de disseny mecànic. Si per casualitat no es garanteix la transparència en el funcionament del dispositiu háptico, la interacció entre l'usuari i el mitjà pot distorsionar-se.

La inèrcia, el fregament, la rigidesa, la folgança, la isotropia, el tipus d'accionament, el grau de força d'aquests, la precisió dels sensors, l'equilibri de les forces de gravetat, la seguretat, l'ergonomia i el cost són moltes les característiques a tenir en compte en el disseny dels dispositius hápticos. Al marge de les tres últimes, totes les altres tenen una incidència directa en la transparència.

És necessari aconseguir un equilibri entre totes aquestes característiques, ja que la millora d'una característica pot suposar un empitjorament d'una altra. Per exemple, per a aconseguir una elevada rigidesa, es pot augmentar la inèrcia dels elements mòbils del dispositiu. Els mitjans per a evitar-ho són la utilització de materials d'alta rigidesa i baixa densitat i l'optimització del disseny, assegurant un cost raonable d'aquests.

Sistema háptico

usos

La creació de sistemes hápticos es deu a la recerca per a la medicina i l'àmbit militar. En l'última dècada, no obstant això, els sistemes hápticos no sols han donat grans avanços en la recerca, sinó també en l'àmbit empresarial, estenent el seu ús de manera espectacular. Els principals camps d'aplicació dels sistemes hápticos en l'actualitat són:

Control remot

A vegades és necessari introduir robots en entorns estranys o perillosos i que els usuaris els dirigeixin remotament per a evitar situacions perilloses. En aquestes circumstàncies, resulta útil que l'usuari rebi una retroalimentació tàctil de les obres o accions del robot, a més de la informació audiovisual. Exemples clars de les situacions descrites són les centrals nuclears, els vehicles autònoms submarins i espacials, així com els robots de detecció i desactivació d'explosius.

En alguns usos del control remot, com la microcirugía, el més important és la precisió. La precisió de les mans humanes és insuficient i és necessari utilitzar robots capaços de repetir els moviments del metge a menor escala i amb precisió. A més, ajuda al metge a reflectir les interaccions de força que té el robot amb el pacient, utilitzant la retroalimentació tàctil que li pot oferir el dispositiu háptico.

En altres usos pot ser interessant reflectir els moviments de l'usuari a major escala. Les interfícies hàptiques permeten a l'usuari dirigir en el seu entorn, amb gran facilitat, àrees de treball de diferents grandàries mitjançant una àrea de treball fixa i limitada.

Exercicis d'entrenament

L'objectiu d'aquests sistemes és formar als usuaris en entorns virtuals perquè puguin realitzar exercicis similars en el món real d'una manera ordenada. L'entorn es crea per ordinador i la interfície háptico es dissenya en funció de la mena d'exercici. Retroalimentant a través d'interfícies hápticos les forces que l'usuari sentiria en la realitat, es pot aconseguir un alt grau de realisme i, al mateix temps, els errors de l'usuari no tenen conseqüències fatals en la realitat.

Exemples d'aquests sistemes són els sistemes d'entrenament mèdic o els simuladors de vehicles amb finalitats militars i civils.

Disseny assistit per ordinador

Els dispositius hápticos permeten analitzar models dissenyats per ordinador sense necessitat de maquetes. Això permet estalviar temps i despeses, corregir errors i realitzar prèviament una simulació de muntatge i manteniment. Aquests exercicis poden evitar molts problemes i canvis de disseny que poden aparèixer més endavant.

Oci

La potent indústria de l'oci s'ha convertit en els últims anys en un dels camps d'aplicació més importants dels sistemes hápticos. Fins al moment, els videojocs i els sistemes de realitat virtual han utilitzat la comunicació audiovisual com a resposta a les accions de l'usuari. En aquest camí, no obstant això, és difícil fer grans passos i si es vol involucrar encara més a l'usuari en els jocs és necessari abordar les possibilitats que ofereix el tacte.

De cara al futur, s'esperen avanços importants de la mà dels principals proveïdors de videojocs. En l'actualitat, els nous dispositius hápticos es troben en vies de desenvolupament, amb un grau de realisme creixent de les sensacions que generen i uns preus accessibles a curt termini.

Acte-conducció

Els dispositius hápticos han arribat també a la indústria de l'automòbil. Els cotxes ofereixen cada vegada més elements addicionals (ràdio, telèfon mans lliures, aire condicionat, navegador, adaptació suspensió, etc. ), i els conductors se submergeixen en diferents pantalles i menús cada vegada per a corregir-los. Per això, els automobilistes han començat a utilitzar dispositius hápticos per a facilitar la labor del conductor i evitar que es presti menys atenció en la carretera.

D'altra banda, els principals fabricants estan treballant en el disseny de pedals hápticos. Un pedal d'aquest tipus retroalimentaria les forces al conductor segons el prescrit pel sistema de control de velocitat o fre assistit.

Mirant al futur

És difícil predir quina serà la trajectòria futura dels sistemes hápticos i la velocitat de desenvolupament d'aquesta tecnologia. De fet, qui podia preveure el XX. Televisions digitals planes de 100 polzades a mitjan segle?

L'estandardització de dispositius hápticos, la reducció de costos i la capacitat de configuració a mesura que es desitgi són les principals metes a curt termini. L'assoliment d'aquestes característiques facilitaria la propagació dels dispositius hápticos, no obstant això, seria una tasca pendent, sobretot en el grau de realisme de les sensacions retroalimentades.

No obstant això, tenint en compte l'ampli ventall d'usos dels sistemes hápticos i les notables virtuts, no seria una afirmació absurda afirmar que els éssers humans i les màquines i interfícies que ens envolten ens trobem en l'avantsala d'una revolució.