Eine auf Origami basierende haptische Vorrichtung, die virtuelle Realitätserlebnisse verbessern könnte.

14. Juni 2023 feature

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Von Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Die Leistungsfähigkeit und Realitätstreue der Virtual-Reality-Technologie (VR) hat sich im letzten Jahrzehnt erheblich verbessert und ermöglicht es Benutzern, sich auf eine Weise in digitale Inhalte zu vertiefen, die zuvor unzugänglich waren. Die Technologie wird voraussichtlich in den nächsten Jahren weiterentwickelt werden und zusätzliche Funktionen und Komponenten einführen, die alle fünf Sinne noch stärker ansprechen.

Forscherinnen und Forscher der Westlake University, des Westlake Institute for Advanced Study und weiterer Universitäten in China haben kürzlich ein neues haptisches Gerät entwickelt, das die Treue und Realismus von virtuellen Erlebnissen erhöhen könnte. Dieses Gerät, das in Nature Machine Intelligence vorgestellt wird, ist teilweise inspiriert von der asiatischen Papierfaltkunst Origami.

„Ich interessiere mich immer für Trendthemen, nicht nur in der akademischen Welt, sondern auch in der Industrie“, sagte Hanqing Jiang, einer der Forschenden, die die Studie durchführten, zu Tech Xplore. „Seit 2019 verfolge ich die neuesten technologischen Durchbrüche im Bereich AR/VR. Zusätzlich zu visuellen und akustischen Wahrnehmungen ist der mechanische Sensationsbereich, insbesondere Berühren, ein wichtiger Bestandteil, der in den bestehenden Technologien noch fehlt.“

Hauptziel der jüngsten Arbeit von Jiang und seinen Kolleginnen und Kollegen war es, ein haptisches Gerät zu schaffen, das es Benutzern auch ermöglicht, die Steifigkeit von Objekten, die sie in virtuellen Umgebungen Antreffen, zu erkennen. Dazu ließ sich das Team von Origami inspirieren, der Kunst, Papier zu falten, um spezifische 3D-Formen oder -Figuren zu schaffen.

„Als ich an der Arizona State University war, hat meine Gruppe 2020 gekrümmtes Origami untersucht und es verwendet, um die Steifigkeit einzustellen“, sagte Jiang. „Diese Arbeit hat uns inspiriert, Origami und Metaverse zu kombinieren. Wir hatten damals keine detaillierten Pläne, wie wir das realisieren könnten. Nachdem ich 2021 an die Westlake University gekommen war, hatte ich die Möglichkeit, meine eigene Gruppe stark zu erweitern und auch Maschinenbauingenieure und Elektroingenieure aufzunehmen. Wir haben dann einen detaillierten Plan ausgearbeitet, um aktive mechanische Empfindungen mit gekrümmtem Origami für Metaverse zu replizieren.“

Das von Jiang und seinen Kolleginnen und Kollegen entwickelte, auf Origami basierende gekrümmte Gerät ermöglicht es Benutzern, ähnliche Empfindungen zu spüren, wie wenn sie in der realen Welt verschiedene Objekte berühren würden. Es reproduziert die Weichheit oder Steifheit dieser Objekte sowie alle positiven oder negativen taktilen Empfindungen. Im Vergleich zu anderen haptischen Geräten, die in der Vergangenheit vorgestellt wurden, könnte dieses System es Menschen ermöglichen, berührungsbezogene Erfahrungen zu machen, während sie aktiv mit Objekten in virtuellen Umgebungen interagieren, anstatt nur taktile Empfindungen zu produzieren, wenn ihre Hände still sind.

Das Gerät lässt sich leicht mit spezifischen VR-Inhalten synchronisieren, um perfekt zeitgesteuerte taktile Empfindungen zu erzeugen und zu ändern, was Benutzer wahrnehmen, wenn sie mit verschiedenen Objekten oder Umgebungen interagieren. Zusätzlich zur Reproduktion dessen, was Menschen fühlen können, wenn sie hartere oder weichere Objekte berühren, kann es auch das Gefühl von Crushing vermitteln.

„Die Schlüsselkomponente unseres Systems ist ein gekrümmtes Origami-Panel“, erklärte Jiang. „Um die Steifigkeit gleichzeitig mit den Szenen in der VR/AR-Umgebung zu ändern, werden Motoren verwendet, um die Winkel zwischen den Origami-Panelen zu ändern. Wir haben das erreicht, was man als 'aktive mechanische Empfindung' bezeichnen könnte. In der Vergangenheit wurden vorherrschende Technologien verwendet, um Vibrationsberührungen nachzuahmen, was passiv ist. Wir Menschen verwenden jedoch aktive Empfindungen, um mit der physischen Welt zu interagieren, und unser System könnte dies besser widerspiegeln.“

Die Forschenden haben ihr Gerät bisher in einer Reihe von Vorversuchen evaluiert, um seine Fähigkeit zur Erzeugung von immersiven taktilen Erfahrungen zu beurteilen. Die Ergebnisse zeigen, dass es andere bestehende haptische Geräte übertrifft, die hauptsächlich Vibrationen zur Erzeugung taktiler Empfindungen nutzen.

In Zukunft könnte ihr einzigartiges, auf Origami basierendes Design dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit der VR-Technologie weiter zu verbessern. Jiang und sein Team planen derweil, an ihrem Gerät weiterzuarbeiten, um weitere taktilen Empfindungen effektiv nachzubilden.