Що насправді є haptics? Частина 3: Тепловий зворотний зв’язок

Це вже третя в серії, присвячена основам тактильних технологій та сприйняття. Цей внесок зосереджений на тепловій зворотній зв’язку. Підпишіться на нашу розсилку, щоб отримувати їх безпосередньо у свою поштову скриньку.

У моїх останніх двох дописах ми розбирали тактильний зворотний зв’язок та вібротактильний (вібраційний) зворотний зв’язок. Цього разу речі нагріваються (і охолоджуються), коли ми занурюємось у тепловий зворотний зв’язок.

Тепловий зворотний зв’язок повідомляє вам, що у цього цуценя мопса теплий живіт.

Тепловий зворотний зв’язок: більше, ніж просто гаряче і холодне

Більшість з нас розуміють, що тепловий зворотний зв’язок – це те, що дозволяє вам знати, що кубик льоду холодний, а полум’я тепле; проте тепловий зворотний зв’язок – це більше, ніж просто температура.

Ось приклад: коли ви вперше заходите в машину зимового ранку, металева ручка дверей стає набагато холоднішою, ніж тканинне сидіння. І все ж, якби ви виміряли температуру металевих деталей автомобіля та тканинних деталей автомобіля термометром, ви, мабуть, виявили б, що вони мають однакову температуру. То чому тканина відчуває себе лише трохи прохолодною, тоді як метал відчуває себе досить холодним, щоб ви захотіли кинути роботу та переїхати на Гаваї?

Головне, що ваша шкіра може відчувати не просто абсолютну температуру, а й потік теплової енергії. Це називається тепловим потоком. Тепловий потік залежить не тільки від температури предмета, але й від інших теплових властивостей, таких як його теплопровідність (наскільки добре він проводить тепло).

Повертаючись до нашого прикладу автомобіля, метал набагато більш теплопровідний, ніж тканина – можливо, в 1000 разів і більше. Таким чином, холодний метал виводить тепло з шкіри швидше, ніж тканина. Саме цей ефект робить ручку автомобіля набагато холоднішою, ніж сидіння. Той самий ефект стосується і гарячих предметів. Рукавицю з гарячою піччю абсолютно безпечно торкатися, але металевий посуд при тій же температурі дасть вам сильний опік, оскільки теплова енергія надходить з металу в вашу руку набагато швидше.

Існує три різні способи переміщення тепла: провідність, конвекція та випромінювання. Всі ці три режими тепловіддачі слід враховувати для реалістичного теплового зворотного зв’язку.

Три режими теплопередачі – провідність, конвекція та випромінювання. Кожному важливо точно моделювати тепловий зворотний зв’язок у різних ситуаціях.

Провідність – це передача тепла між двома предметами, що безпосередньо контактують один з одним. Проведення є найважливішим способом передачі тепла для теплового зворотного зв’язку, оскільки воно виникає кожного разу, коли ви торкаєтесь віртуального об’єкта, який гарячіший або холодніший за температуру вашого тіла.

Проведення є найважливішим способом передачі тепла для теплового зворотного зв’язку, оскільки воно виникає кожного разу, коли ви торкаєтесь віртуального об’єкта, який гарячіший або холодніший за температуру вашого тіла.

Конвекція – це передача тепла через рух рідин. Конвекція важлива для моделювання будь-якої взаємодії з віртуальними рідинами – вітер, що дме по вашій шкірі, або вода, що тече по вашій руці.

Нарешті, випромінювання – це передача тепла через електромагнітне випромінювання. Випромінювання є найбільш важливим для моделювання дуже гарячих предметів, таких як вогонь. Пожежа випромінює достатньо енергії, щоб ви могли відчути її здалеку, задовго до того, як підійти досить близько, щоб відчути конвекцію чи провідність.

Відчуття опіку за допомогою приладів теплового зворотного зв’язку

Подібно до тактильних та вібротактильних пристроїв, про які я говорив у останніх двох постах, пристрої теплового зворотного зв’язку в кінцевому підсумку зводяться до сітки приводів, що контактують із шкірою. У цьому випадку, замість фізичного руху, ці виконавчі механізми переміщують тепло навколо.

У деякому роді пристрої теплового зворотного зв’язку легше виготовити, ніж тактильні або вібротактильні пристрої зворотного зв’язку. Хоча пристрої тактильного зворотного зв’язку вимагають, щоб їх виконавчі механізми були дуже близько один від одного, а вібротактильні пристрої зворотного зв’язку вимагають, щоб їх виконавчі механізми були дуже швидкими, пристрої теплового зворотного зв’язку не вимагають ні того, ні іншого. Як і вібраційні подразники, люди погано визначають місце розташування температурних подразників, тому для даної ділянки шкіри потрібно відносно мало теплових приводів.

Тепло тече з місця на місце. Його не можна створити з повітря. Це створює виклик для пристроїв теплового зворотного зв’язку.

Є один великий улов у пристроях теплового зворотного зв’язку. Відповідно до законів фізики, вони не можуть просто створювати тепло з повітря. Вони можуть рухати тепло лише навколо. Наприклад, для імітації холодного предмета тепловий привід буде витягувати тепло з вашої шкіри. Надлишок тепла повинен йти кудись, крім виконавчого механізму або вашої шкіри, інакше в підсумку все просто закінчиться однаковою температурою. Результат полягає в тому, що багато теплової енергії потрібно швидко переміщати, щоб створити переконливі відчуття гарячого і холодного. Це займає набагато більше енергії, ніж переміщення навколо малих виконавчих механізмів, щоб створити тактильний та вібротактильний зворотний зв’язок.

Наше рішення

HaptX, наш унікальний гаптичний текстиль, використовує мікрофлюїдну технологію, що розглядається, для отримання високоякісного теплового зворотного зв’язку. Ми нагріваємо та охолоджуємо воду у невеликих водоймах, а потім ретельно контролюємо потік води через крихітні канали в HaptX, щоб створити відчуття гарячого та холодного. Думайте про воду у водоймах як про теплову батарею, яка зберігає теплову енергію. Коли вода тече по каналах у HaptX, вона ефективно обмінюється цією тепловою енергією зі шкірою власника. Потім вода тече назад у водойми, де вона знову нагрівається або охолоджується. Вода досить гаряча, щоб переконливо імітувати гарячі предмети, але недостатньо гаряча, щоб викликати опіки.

Ця конструкція дозволяє HaptX виробляти переконливі теплові ефекти, не вимагаючи занадто багато енергії. У парі зі складними моделями теплообміну в нашому SDK, HaptX може точно імітувати відчуття від тепла пожежі до відчуття ручки дверей автомобіля в зимовий день.

У наступному дописі ми поговоримо про зворотний зв’язок. Нехай сила буде з тобою!

Спочатку ця публікація була опублікована за адресою https://www.linkedin.com/pulse/what-haptics-really-part-3-thermal-feedback-jake-rubin/.

Jake Rubin люб’язно дозволив нам перекласти і опублікувати цю статтю.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: