Większość z Was pewnie oglądała film „Avatar” James Cameron’a. Pomysł tworzenia ludzkiego awatara jest bardzo stary i powstał jeszcze zanim pojawiły się pierwsze urządzenia do teleprezencji. Co, gdybym Wam powiedział, że istnieje technologia pozwalająca na swobodne nurkowanie i fizyczną interakcję z życiem rafy koralowej bez faktycznego zanurzania się w wodzie i bez ryzyka utonięcia? Naukowcy ze Stanford zbudowali zaawansowanego, zdalnie sterowanego robota wyposażonego w interfejs haptyczny, który to umożliwia.
Czym jest interfejs haptyczny?
Temat brzmi poważnie i jest dość zaawansowany pod względem matematycznego modelowania, ale w praktyce wszystko sprowadza się do tego, by umożliwić Wam odczuwanie sił, jakie działają na kontrolowane przez Was urządzenie. Dość popularnym przykładem jest tzw. funkcja Force Feedback stosowana w joystickach i kierownicach do gier, która powoduje, że odbieracie informacje z wirtualnego świata za pomocą zmysłów innych, niż tylko wzrok i słuch. Jeśli próbujecie skręcić kołami wirtualnego pojazdu przy wjeździe na krawężnik, to kierownica-kontroler będzie stawiać opór tak, jakby była mechanicznie połączona z wirtualnymi kołami. Jeśli gracie na telefonie w bardziej zaawansowaną grę, w której występują np. eksplozje połączone z wibracjami urządzenia, to również macie do czynienia z bardzo prostym interfejsem haptycznym. Są to przykłady dla jednego przypadku, w którym „odbiornik” (master) jest rzeczywistym urządzeniem jak kontroler, czy telefon, a „nadajnik” (slave) został zamodelowany w środowisku wirtualnym. Nieco inny przypadek to taki, w którym zarówno nadajnik, jak i odbiornik są fizycznymi komponentami połączonymi ze sobą np. kablem sieciowym lub WiFi. Stwarza to ogromne możliwości, bo teoretycznie możliwe jest np. granie w Jengę z kolegą na drugim końcu świata.
Potencjalny awatar do gry w jengę
Technologia haptyczna daje nam też niesamowite możliwości, jak np. skalowanie siły. Co powiecie na egzoszkielet, który pozwala unieść 100 kg dając Wam odczucie, jakbyście podnosili zaledwie 10 kg? Albo mikroskopijne ramię robotyczne, które zamienia silne i zdecydowane ruchy chirurga na delikatne i dopasowane do maksymalnej wytrzymałości określonych tkanek ciała cięcia? Te zastosowania już istnieją i są stale rozwijane.
DaVinci – robot wykorzystujący interfejs haptyczny do precyzyjnych zabiegów chirurgicznych
Co ma do tego nurkowanie?
Do dzisiaj wielowymiarowe interfejsy haptyczne można było znaleźć głównie w samolotach, robotycznych urządzeniach wspierających chirurgię oraz niektórych dziedzinach motoryzacji. Rok temu, podczas konferencji IROS w Hamburgu, Oussama Khatib z KAUST (King Abdullah University of Science and Technology) w Arabii Saudyjskiej mówił o człekokształtnej, zrobotyzowanej łodzi podwodnej… Okazało się, że projekt OceanOne – bo o nim była mowa – jest w znacznie bardziej zaawansowanym stadium rozwoju, niż to się mogło na początku wydawać. Szczegóły projektu zostały niedawno odtajnione i zaangażowany w OceanOne Uniwersytet Stanford opublikował poniższy film:
Projekt powstał początkowo jako rozwinięcie konceptu robota monitorującego rafy koralowe w Morzu Czerwonym. Z czasem ewoluował również w kierunku podwodnego robota archeologicznego.
Zespół ze Stanford postanowił unowocześnić stosowane do tej pory ROV’y (zdalnie sterowane łodzie podwodne z robotycznymi ramionami), poprawiając ich zręczność oraz dodając interfejs haptyczny. Powstało w ten sposób urządzenie umożliwiające ludziom bezpieczne i w pełni kontrolowane nurkowanie ograniczone tylko energią zgromadzoną w akumulatorze.
Najważniejsze komponenty OceanOne
Przykładowe urządzenie typu ROV
OceanOne jest stosunkowo mały (ok. 1.5 metra długości), a elektronika została zabezpieczona przed wodą poprzez zalanie jej olejem, który nie zmienia drastycznie objętości przy dużych zmianach ciśnienia – dzięki temu robot jest w stanie zejść pod wodę nawet do 2 km! W przeciwieństwie do zdalnych mini-łodzi, operator nie musi martwić się o stabilność pojazdu, bo tę zapewniają dodatkowe stery strumieniowe i elektronika z zespołem czujników. Dwa ramiona o 7 stopniach swobody są elastyczne, przez co nadają się do interakcji z delikatnymi obiektami, a czujniki siły znajdujące się w „nadgarstkach” pozwalają przesyłać zmierzone siły do operatora. Dłonie docelowo zostaną wyposażone w czujniki taktylne, czyli coś w rodzaju „wykrywacza faktury” – pozwoli to operatorowi nie tylko na czucie siły nacisku i momentów działających na dłoń, ale także faktury dotykanego przedmiotu.
Współpraca zdalnego operatora z innym człowiekiem
Ukoronowaniem interfejsu haptycznego jest stereowizja, wraz z systemem mapowania przestrzennego – pozwalają one operatorowi na „wejście w skórę” sterowanego robota tak mocno, jak to tylko jest możliwe przy użyciu współczesnych technologii.
Panel operatora OceanOne – widoczny interfejs haptyczny typu delta
Praktyczne zastosowania?
Pierwszą misją OceanOne było badanie wraku La Lune – flagowego statku floty Króla Ludwika XIV, okrętu, który zatonął w roku 1664 ponad 30 km od południowego wybrzeża Francji i znajduje się ok. 100 metrów pod wodą. Należy pamiętać, że robot wciąż jest w fazie prototypu. Obecnie trwają intensywne badania nad jego możliwościami w temacie manipulacji i sensoryki, pod kątem potencjalnych wypraw badawczych do głęboko położonych raf koralowych. Jeśli eksperymenty zakończą się powodzeniem, to następcy OceanOne pozwolą lepiej poznać rafy, do których żaden człowiek nie jest w stanie się zbliżyć ze względu na ciśnienie wody, a jednocześnie inny sprzęt uznawany jest za stwarzający zbyt duże niebezpieczeństwo dla delikatnego ekosystemu. Ma to ogromne znaczenie zwłaszcza teraz, gdy rafy w zastraszającym tempie wymierają za sprawą rosnącego zanieczyszczenia środowiska wodnego.
Pierwsza misja OceanOne
