Можете ли вы представить себе возможность «почувствовать» изображения на экране? Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре воплотили эту фантастическую идею в реальность. Они разработали дисплей, в котором пиксели физически поднимаются над поверхностью при активации лазерным светом.
Даже самые передовые экраны сегодня имеют ограничение, из-за которого они по-прежнему ощущаются как обычные экраны: они плоские. Они могут отображать целые миры с уровнем детализации, который еще пару десятилетий назад был непостижим, но мы никогда по-настоящему не чувствуем то, что видим. Это недостающее ощущение может стать следующим рубежом между цифровыми изображениями и физическим опытом.
Лазерные импульсы могут поднять поверхность примерно на миллиметр. Инженерный факультет Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB), возможно, нашли способ преодолеть этот барьер, превратив сам свет в тактильное восприятие. Их новая технология отображения состоит из крошечных пикселей, которые при воздействии контролируемых импульсов лазерного света поднимаются, образуя небольшие выпуклости. Изображениям придается совершенно новое измерение; они буквально отрываются от поверхности, образуя фигуры, которые можно обводить кончиками пальцев.
Это захватывающая концепция. Что, если бы вы могли увидеть на экране, вы могли бы также почувствовать?
В 2021 году профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Йон Виселль предложил аспиранту Максу Линнандеру исследовать именно этот вопрос: можно ли сделать свет осязаемым?
Возглавляя исследования в лаборатории RE Touch Lab профессора Визелла и под его руководством Линнандер добился прорыва в конце 2022 года. Один пиксель вспыхнул под вспышкой лазерного света, послав тактильный импульс, который был очень заметен кончикам пальцев профессора Визелла. «Это был особенный момент — момент, когда мы поняли, что основная идея может сработать», — сказал Визелл. Одного пикселя было достаточно, чтобы доказать, что тактильная графика может быть возможна просто при воздействии света.
При освещении сфокусированным лазерным импульсом пиксели миллиметрового масштаба превращаются в выпуклости (инженерный факультет Калифорнийского университета в Санта-Барбаре).
В основе этого изобретения лежат крошечные оптотактильные пиксели, представляющие собой ячейки миллиметрового масштаба, состоящие из тонкой графитовой пленки, натянутой над небольшой воздушной полостью. Когда короткий импульс лазерного света попадает на пиксель, пленка нагревается, вызывая расширение захваченного воздуха и выпячивание поверхности вверх на долю секунды примерно на миллиметр (0,04 дюйма).
«Пиксели реагируют очень быстро, поэтому ощущения довольно четкие», — объяснил Виселл изданию New Atlas. «При этом пиксели отклоняются наружу, и это происходит очень быстро. Ощущение не похоже на толчок, а скорее на ощущение маленького анимированного тактильного кванта под пальцем».
Поскольку лазерный луч обеспечивает как питание, так и управление, под каждым пикселем поверхности не требуются провода или другая дополнительная электроника. Система сканирования быстро перемещает свет по массиву, активируя пиксель за пикселем.
Текущая оптико-тактильная система в эксплуатации, инженерный факультет UCSB.
К настоящему моменту команда UCSB создала массивы, состоящие из более чем 1500 независимо активируемых тактильных пикселей, реагирующих всего за 2–100 миллисекунд. Такой уровень быстродействия означает, что движущиеся фигуры и символы всегда выглядят плавно и никогда не кажутся прерывистыми или запаздывающими.
Эта высокоплотная и высокоскоростная система может открыть двери для совершенно новой формы тактильного повествования. Тестировщики могли бы следить за движущейся неровностью на своих экранах, распознавать формы и пространственные конфигурации, а также воспринимать последовательности во времени (по сути, тактильную анимацию).
Концептуально это простой интерфейс, но уже под руками создается ощущение, что поверхность «живая».
Для зрячего человека это поначалу кажется приятной новинкой: игровые интерфейсы, которые буквально отталкивают, или карты, где можно почувствовать высоту контурных линий. Но чем больше я об этом думаю, тем больше мне кажется, что это может иметь огромный потенциал для людей, которые ориентируются в мире на ощупь.
Представьте, что вы читаете учебник по естественным наукам, где диаграммы сами меняют свою форму под вашими пальцами, или карту, которая ведет вас по приподнятым дорожкам, движущимся в зависимости от изменения направления.
Это начинает напоминать своего рода «анимированный шрифт Брайля» — тактильную информацию, которая обновляется, трансформируется и рассказывает историю в реальном времени. Это может сделать цифровое обучение быстрее и насыщеннее для слепых пользователей, которые в настоящее время полагаются на статичные тактильные изображения, которые либо не могут адаптироваться на ходу, либо могут это делать только при жестких ограничениях.
3D-тактильная художественная печать изображения «Джордж Вашингтон пересекает Делавэр». В отличие от этого статичного изображения, оптотактильные пиксели позволяют динамически воссоздавать тактильные версии бесчисленных подобных произведений искусства. 3DPhotoWorks
Более крупные дисплеи могли бы внедрить это и в повседневную жизнь. Например, приборные панели автомобилей с элементами управления, которые появляются только тогда, когда это необходимо, школьные учебники и карты, которые наглядно демонстрируют понятия.
Когда мы связались с профессором Визеллом, он рассказал об одном совершенно другом и особенно интересном варианте применения: создании крупномасштабных архитектурных стен, в которые интегрированы оптотактильные пиксели. Возможности безграничны, и, несмотря на то, насколько это может показаться научной фантастикой, это вполне достижимо.
«[Архитектурные стены] в офисах, домах или больницах – которые интегрируют интерактивные тактильные дисплеи, перенастраиваемые контроллеры или интерфейсы», – сказал он в качестве примера. «Эта возможность актуальна, потому что сложность нашей технологии остается управляемой по мере роста размеров дисплея и количества пикселей, а также из-за низкой стоимости материалов. Можно воспроизвести наши исследовательские прототипы, даже в индивидуальном исполнении, всего за несколько сотен долларов».
Статья о данном исследовательском проекте опубликована в журнале Science Robotics .
Изобретение находится на начальной стадии разработки, и впереди стоят сложные задачи: управление тепловыделением, обеспечение долговечности и масштабирование разрешения до уровня современных дисплеев с многомиллионным количеством пикселей. Но перспективы выглядят многообещающими.
Осязание и зрение всегда существовали в отдельных цифровых мирах. Мы вводим информацию с помощью прикосновений, а получаем результаты — с помощью зрения. С появлением оптотактильных пикселей это разделение, возможно, постепенно сужается. Как говорят исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, в скором времени всё, что вы видите, вы можете также почувствовать .
