Explotación háptica ou táctil

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

• Ingeniaritza
• Teknologia
• Sariak

A información que podemos recibir a través do tacto é moi rica. De feito, si pérdese o tacto, moitas das accións que realizamos sen darnos conta serían imposibles. Probaches a camiñar coa perna hormigueada? Ou amarrando os cordóns do calzado despois de usar a neve?

Sen capacidade táctil, os movementos do corpo medidos e a interacción co medio convértense en case imposibles. Máis aínda, si pérdese a capacidade de sentir a calor e a dor, moitas situacións que doutra maneira non producirían dano convértense en perigosas.

Os dispositivos que transmiten información a través do tacto denomínanse dispositivos hápticos e, segundo as previsións, XXI. No século XX poden revolucionar os coñecidos sistemas de comunicación entre o ser humano e o medio.

No que respecta á etimología, a orixe da palabra "haptika" atópase no grego, onde a palabra haptesthai engloba todo o relacionado co sentido táctil.

Se quixésemos compaxinar o significado de Haptika nunha soa frase, diriamos: Haptika é una ciencia que estuda a investigación, o desenvolvemento e o uso de sistemas de comunicación táctiles entre o ser humano e o medio.

Compoñentes de sistemas hápticos

Nos sistemas hápticos podemos distinguir tres compoñentes fundamentais: usuario, interfaz ou dispositivo háptico e medio.

1. O usuario é una parte importante do sistema háptico xa que inflúe decisivamente no comportamento e estabilidade do sistema. O usuario é a parte intrínseca do bucle de control: por unha banda, as súas accións afectan directamente á actividade do sistema e, por outro, segundo esta actividade, o sistema háptico retroalimenta as sensacións táctiles.

2. A interfaz háptica é un dispositivo mecánico que serve de enlace entre o usuario e o medio. Os sensores alí situados informan o sistema dos movementos do dispositivo mentres que os actuadores actúan sobre o usuario mediante o tacto, transmitindo información háptica.

3. En canto á contorna, en xeral, os sistemas hápticos traballan con contornas virtuais. Estas contornas preséntanse mediante interfaces gráficos, é dicir, pantallas, videoproyectores ou cascos estereoscópicos. A imaxe que verá o usuario constrúese mediante software e a ferramenta virtual que utiliza. Así mesmo, en función dos movementos e interaccións virtuais desta ferramenta, calcúlanse as forzas a retroalimentar ao usuario.

Con todo, cada vez son máis os sistemas hápticos que operan con medios reais. Nestes casos, a ferramenta utilizada polo usuario é real e pode ser manexada polo propio usuario ou remota. As forzas retroalimentadas ao usuario dependen de parámetros medidos no propio instrumento ou na contorna.

Características principais dos dispositivos hápticos

A maioría das interfaces táctiles dispoñibles na actualidade non fan máis que ler os movementos do usuario e o usuario recibe información audiovisual da contorna.

Con todo, os dispositivos hápticos, ademais de ler os movementos do usuario, son capaces de xerar forzas e sensacións que permiten a interacción táctil bidireccional co usuario. Por tanto, o usuario pode recibir información non só audiovisual, senón tamén táctil.

Facer una lectura dos movementos do usuario é un campo moi estudado, pero non é una cousa baladí transmitir información ao usuario a través do tacto. Paira afrontar este reto é necesario o coñecemento de áreas como a robótica, a informática, o control de sistemas, a fisiología ou a psicoloxía.

Aproveitando estas áreas de coñecemento, os dispositivos hápticos deben ter una característica principal paira garantir o seu correcto funcionamento: a transparencia. Un dispositivo háptico debe cumprir dúas condicións paira poder ser considerado estruturalmente transparente:

- O usuario só debe sentir forzas teóricas retroalimentadas, é dicir, as características mecánicas do dispositivo non poden provocar cambios nas forzas retroalimentadas.

- As sensacións ou forzas táctiles retroalimentadas deben reflectir fielmente a realidade.

Paira poder cumprir estes dous requisitos é necesario un bo coñecemento das técnicas de deseño mecánico. Si por casualidade non se garante a transparencia no funcionamento do dispositivo háptico, a interacción entre o usuario e o medio pode distorsionarse.

A inercia, o rozamiento, a rixidez, a folgura, a isotropía, o tipo de accionamiento, o grao de forza dos mesmos, a precisión dos sensores, o equilibrio das forzas de gravidade, a seguridade, a ergonomía e o custo son moitas as características a ter en conta no deseño dos dispositivos hápticos. Á marxe das tres últimas, todas as demais teñen una incidencia directa na transparencia.

É necesario lograr un equilibrio entre todas estas características, xa que a mellora dunha característica pode supor un empeoramento doutra. Por exemplo, paira conseguir una elevada rixidez, pódese aumentar a inercia dos elementos móbiles do dispositivo. Os medios paira evitalo son a utilización de materiais de alta rixidez e baixa densidade e a optimización do deseño, asegurando un custo razoable dos mesmos.

Sistema háptico

usos

A creación de sistemas hápticos débese á investigación paira o medicamento e o ámbito militar. Na última década, con todo, os sistemas hápticos non só deron grandes avances na investigación, senón tamén no ámbito empresarial, estendendo o seu uso de forma espectacular. Os principais campos de aplicación dos sistemas hápticos na actualidade son:

Control remoto

En ocasións é necesario introducir robots en contornas estrañas ou perigosas e que os usuarios os dirixan remotamente paira evitar situacións perigosas. Nestas circunstancias, resulta útil que o usuario reciba una retroalimentación táctil das obras ou accións do robot, ademais da información audiovisual. Exemplos claros das situacións descritas son as centrais nucleares, os vehículos autónomos submarinos e espaciais, así como os robots de detección e desactivación de explosivos.

Nalgúns usos do control remoto, como a microcirugía, o máis importante é a precisión. A precisión das mans humanas é insuficiente e é necesario utilizar robots capaces de repetir os movementos do médico a menor escala e con precisión. Ademais, axuda ao médico a reflectir as interaccións de forza que ten o robot co paciente, utilizando a retroalimentación táctil que lle pode ofrecer o dispositivo háptico.

Noutros usos pode ser interesante reflectir os movementos do usuario a maior escala. As interfaces hápticas permiten ao usuario dirixir na súa contorna, con gran facilidade, áreas de traballo de diferentes tamaños mediante unha área de traballo fixa e limitada.

Exercicios de adestramento

O obxectivo destes sistemas é formar aos usuarios en contornas virtuais para que poidan realizar exercicios similares no mundo real dunha maneira ordenada. A contorna créase por computador e o interfaz háptico deséñase en función do tipo de exercicio. Retroalimentando a través de interfaces hápticos as forzas que o usuario sentiría na realidade, pódese alcanzar un alto grao de realismo e, ao mesmo tempo, os erros do usuario non teñen consecuencias fatais na realidade.

Exemplos destes sistemas son os sistemas de adestramento médico ou os simuladores de vehículos con fins militares e civís.

Deseño asistido por computador

Os dispositivos hápticos permiten analizar modelos deseñados por computador sen necesidade de maquetas. Isto permite aforrar tempo e gastos, corrixir erros e realizar previamente una simulación de montaxe e mantemento. Estes exercicios poden evitar moitos problemas e cambios de deseño que poden aparecer máis adiante.

Lecer

A potente industria do lecer converteuse nos últimos anos nun dos campos de aplicación máis importantes dos sistemas hápticos. Até o momento, os videoxogos e os sistemas de realidade virtual utilizaron a comunicación audiovisual como resposta ás accións do usuario. Neste camiño, con todo, é difícil dar grandes pasos e si quérese involucrar aínda máis ao usuario nos xogos é necesario abordar as posibilidades que ofrece o tacto.

De face ao futuro, espéranse avances importantes da man dos principais provedores de videoxogos. Na actualidade, os novos dispositivos hápticos atópanse en vías de desenvolvemento, cun grao de realismo crecente das sensacións que xeran e uns prezos accesibles a curto prazo.

Auto-condución

Os dispositivos hápticos chegaron tamén á industria do automóbil. Os coches ofrecen cada vez máis elementos adicionais (radio, teléfono mans libres, aire acondicionado, navegador, adaptación suspensión, etc. ), e os condutores mergúllanse en diferentes pantallas e menús cada vez paira corrixilos. Por iso, os automobilistas comezaron a utilizar dispositivos hápticos paira facilitar o labor do condutor e evitar que se preste menos atención na estrada.

Doutra banda, os principais fabricantes están a traballar no deseño de pedais hápticos. Un pedal deste tipo retroalimentaría as forzas ao condutor segundo o prescrito polo sistema de control de velocidade ou freo asistido.

Mirando ao futuro

É difícil predicir cal será a traxectoria futura dos sistemas hápticos e a velocidade de desenvolvemento desta tecnoloxía. De feito, quen podía prever o XX. Televisións dixitais planas de 100 polgadas a mediados do século?

A estandarización de dispositivos hápticos, a redución de custos e a capacidade de configuración a medida que se desexe son as principais metas a curto prazo. O logro destas características facilitaría a propagación dos dispositivos hápticos, con todo, sería una tarefa pendente, sobre todo no grao de realismo das sensacións retroalimentadas.

Con todo, tendo en conta o amplo abanico de usos dos sistemas hápticos e as notables virtudes, non sería una afirmación absurda afirmar que os seres humanos e as máquinas e interfaces que nos rodean atopámonos na antesala dunha revolución.