Toccare e sentire a distanza: la nuova tendenza nelle TIC?
La comunicazione aptica è spesso considerata una delle prossime rivoluzioni tecnologiche nell’interazione uomo-computer e permette anche un’interazione più approfondita tra gli utenti a distanza. Anche se si parla da tempo di interazione aptica mediante un “interfaccia uomo-macchina” (IUM), c’è ancora molto lavoro da fare per trovare metodi e tecnologie adatti per un’efficiente elaborazione e comunicazione di segnali aptici. Qui entra in gioco il progetto PROHAPTICS (Haptic Signal Processing and Communications), finanziato dall’UE. Negli ultimi cinque anni, il prof. Eckehard Steinbach del TU di Monaco di Baviera e il suo team stanno sviluppando una serie di nuovi metodi e tecnologie per la comunicazione aptica. In questa intervista esclusiva con research*eu rivista dei risultati, parla delle sue prospettive per il futuro di questo campo relativamente nuovo della ricerca, di alcune delle potenziali applicazioni e dei suoi piani per sviluppare ulteriormente la tecnologia adesso che il progetto si è concluso. In che modo pensate che la comunicazione aptica entrerà progressivamente nel mercato delle TIC? Uno dei principali scenari di applicazione considerati è la teleoperazione con feedback aptico, in cui un utente interagisce con un ambiente remoto mediante IUM. In questo contesto, l’utente controlla a distanza un sistema robotico provvisto di sensori e attuatori. Le forze/coppie dell’interazione sono catturate quando il teleoperatore è a contatto con oggetti remoti e sono riflesse come feedback aptico all’operatore. In questo modo, l’utente è in grado non solo di vedere e sentire cosa succede nello spazio remoto, ma anche di percepire l’interazione. Numerosi studi hanno mostrato che il feedback aptico migliora lo svolgimento del compito e la sensazione di essere presente. L’obiettivo a lungo termine di questa ricerca è rendere la teleoperazione completamente trasparente, il che significa che l’utente non sarà più in grado di distinguere se un compito è effettuato localmente o a distanza mediante IUM. Questa ricerca è integrata da studi su schermi tattili e feedback tattile, che per esempio permette a un utente di sentire la ruvidezza della superficie di un oggetto mediante l’interfaccia uomo-macchina. Importanti passi avanti sono stati fatti recentemente anche per permettere a normali dispositivi mobili come gli smartphone di generare un feedback aptico. È già tecnicamente possibile oggi modulare a livello locale l’attrito tra il dito e lo schermo di vetro di un dispositivo mobile in modo da poter rappresentare motivi e strutture tattili. Questo, a mio avviso, ha un enorme potenziale per nuovi tipi di applicazioni che permettono a un utente di esaminare oggetti su internet, non solo dal punto di vista visivo ma anche dal punto di vista aptico. Quali possono essere i vantaggi concreti dell’interazione uomo-macchina sulla base della comunicazione aptica? Nella nostra vita quotidiana, in quanto esseri umani ricorriamo ampiamente e costantemente alla modalità aptica quando interagiamo con il nostro ambiente. Senza capacità di manipolazione e rilevazione aptica, tale interazione sarebbe estremamente limitata. Finora però l’interazione fisica avviene solo a livello locale e in prossimità diretta. Con adeguate interfaccia aptiche uomo-macchina e metodi di comunicazione aptica, tale interazione può avvenire anche attraverso barriere come distanza o scala. L’interazione e la comunicazione aptiche certo hanno grandi potenzialità per le persone con disabilità visive. Molte informazioni utili possono essere comunicate con la modalità aptica. Può darci qualche esempio di applicazioni che sarebbero concepibili nei prossimi anni? I sistemi di teleoperazione summenzionati sono già in uso a sostegno di applicazioni come la telechirurgia, la telemanutenzione, ecc. Con l’emergere di nuove interfaccia aptiche, in particolare schermi tattili, applicazioni completamente nuove diventano possibili. Immaginate un web store nel quale l’utente può esaminare un prodotto non solo con la vista ma anche con il tatto prima di comprarlo. O immaginate che vostra moglie o vostro marito si trovi in un negozio di mobili e vi mandi una foto del divano che vorrebbe comprare. La vostra prima domanda, dopo aver visto la foto, non riguarda forse il materiale di cui è fatto? È morbido, caldo, confortevole? Con la comunicazione aptica, potreste per esempio passare lo smartphone sulla superficie del divano, registrare le vibrazioni prodotte usando i sensori di accelerazione incorporati, comprimere e trasmettere i segnali e quindi presentarli a distanza. In questo modo un’esperienza aptica a distanza diventa possibile. Se non vi piace questo particolare materiale, potreste poi cercare in un database di altri materiali simili o che danno una particolare sensazione al tatto. Un’altra applicazione sarebbe un sistema di videoconferenza migliore nel quale è possibile interagire apticamente con i propri bambini durante un viaggio di lavoro. Per mezzo di questi sistemi potreste confortarli ed essere più presenti rispetto a quanto è possibile con le soluzioni disponibili oggi. In che modo PROHAPTICS è un passo importante verso tali applicazioni? PROHAPTICS ha sviluppato una serie di algoritmi, codec e protocolli che permettono la comunicazione aptica a distanza per entrambe le modalità aptiche (cinestetica e tattile). Le soluzioni sviluppate sono incentrate sull’uomo nel senso che tengono conto e sfruttano i limiti del sistema di percezione aptico umano. In questo modo informazioni che non possono essere percepite non devono essere trasmesse. Gli schemi di comunicazione aptica che ne risultano sono altamente efficienti per quanto riguarda le risorse di comunicazione necessarie e si possono usare per l’interazione remota sia con un ambiente reale che con un ambiente virtuale. Abbiamo proposto anche soluzioni che permettono a più utenti di interagire fisicamente con lo stesso oggetto in un ambiente virtuale in maniera coerente e naturale. Quali sono secondo lei i principali contributi della vostra ricerca ai problemi attualmente presenti in questo campo? Siamo stati tra i primi a occuparci del campo della comunicazione aptica da un punto di vista tecnico e dell’ingegneria della comunicazione. Alcuni degli approcci che abbiamo proposto sono una novità assoluta e spero di poter dire che abbiamo fatto avanzare significativamente lo stato dell’arte di questo campo emergente. Un esempio è il metodo di codifica della banda morta percettiva che abbiamo proposto per la riduzione dei dati nella comunicazione aptica. Questo metodo di codificazione funziona per i segnali aptici con diversi livelli di libertà. È stato associato anche ad architetture di controllo basate sulla passività e quindi si può usare in situazioni di tele operazione in rete nelle quali il ritardo della comunicazione tra le due parti mette a rischio la stabilità del sistema. Può parlarci dei modelli matematici che avete sviluppato? Questo modello associa molti dei limiti conosciuti nella percezione aptica umana ad altri limiti che abbiamo inizialmente descritto in un quadro comune, che si può usare per decidere se un cambiamento del segnale aptico è percepibile da un umano o se si trova al di sotto della soglia di percezione. Sulla base di questo modello, si possono progettare schemi di riduzione dei dati molto efficienti. Un’altra applicazione del modello è la definizione di metriche obiettive di qualità, che sostituiscono (almeno in parte) il bisogno di studi costosi e lunghi. Speriamo che tali applicazioni accelerino i progressi fatti in questo campo. Adesso che il progetto è concluso, avete piani per sfruttare ulteriormente o sviluppare i suoi risultati? Sì, insieme a due dottorandi impegnati nel progetto PROHAPTICS, stiamo attualmente studiando come commercializzare alcuni dei risultati e stiamo lavorando per la creazione di un’azienda start-up in questo settore. Siamo in una situazione positiva perché la nostra applicazione prova di concetto ROVI è stata selezionata per un finanziamento. Questo ci permetterà di farci un’idea migliore delle potenzialità di mercato dei nostri risultati nei prossimi 18 mesi e di produrre prototipi in stretta collaborazione con potenziali clienti. PROHAPTICS Finanziato nell’ambito di FP7-IDEAS-ERC. Pagina del progetto su CORDIS
Paesi
Germania