¿Como Funciona la Tecnología Háptica?

Si creías que el iPhone era increíble, entonces puede que te sorprendas con el nuevo teléfono de Samsung. Este teléfono tiene para empezar una larga pantalla táctil igual que un iPhone. Tiene una función nueva que no tiene el anterior mencionado, y es sentir los clicks que hace el usuario por medio de vibraciones y otros efectos táctiles. Dicho de un modo general, habilita al usuario para que experimente más de veinte sensaciones diferentes al manipular el teléfono.

Esas sensaciones explican el uso del término háptico, que vienen del griego “tocar”. Como adjetivo, significa que está basado en nuestro sentido del tacto. Como nombre, significa la ciencia y psicología del sentido de tocar. Los científicos han estudiado por décadas este sistema, y saben bastante sobre la biología del tacto.  Saben que clase de receptores tiene la piel y como los nervios mueven información de un lado a otro por el sistema nervioso central y el punto de contacto.

Por desgracia, los científicos informáticos han tenido gran dificultad transfiriendo un entendimiento del tacto en sus sistemas virtuales aplicados a la realidad. Las señales visuales y de audio son fáciles de replicar en modelos generados por ordenador, pero las señales táctiles son más problemáticas.

Es casi imposible habilitar que un usuario sienta algo que ocurre en el “cerebro” del ordenador por medio de un interfaz normal. Por supuesto, los teclados permiten a los usuarios teclear palabras, y hay controladores y volantes que permite jugar online y que vibran, pero ¿Cómo puede el usuario tocar el mundo virtual desde su interior?

Por ejemplo, ¿Como puede un jugador sentir el acero de la espada de su carácter en el juego? ¿Cómo puede un astronauta en una simulación por ordenador, sentir los instrumentos y los objetos que debería tocar en realidad?

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Desde los años ochenta, los científicos e ingenieros han intentado contestar a estas preguntas. Su campo es un subconjunto del campo de los háptico conocido como informática háptica. Como un campo de estudio, esta tecnología ha ido paralela al resurgir y evolución de la automatización. Antes de la revolución industrial, los científicos se centraron en como las cosas vivas experimentaban el tacto.

Los biólogos aprendieron que incluso los organismos más simples, como las medusas o loas lombrices, poseían sofisticadas respuestas a las funciones táctiles. Al principio del siglo 20, los psicólogos e investigadores médicos estudiaron activamente como los humanos experimentaban las sensaciones de tacto. Esta rama de la ciencia se llamó háptica humana, y revela que la mano humana, la estructura primaria del sentido del tacto, era extraordinariamente compleja.

Entre músculos y huesos, las manos ofrecen una tremenda destreza. Los científicos cuantifican esta destreza usando un concepto conocido como grados de libertad. Un grado de libertad en un movimiento realizado por una única articulación, al tener el ser humano 22 articulaciones, permite el mismo número de grados de libertad. La pies que cubre la mano es también rica en receptores y nervios, componentes del sistema nervioso que comunica las sensaciones de tacto al cerebro y columna vertebral.

Entonces llegó el desarrollo de las máquinas y los robots. Estos dispositivos mecánicos también tenían que tocar y sentir su entorno, por lo que los investigadores empezaron a estudiar como transferir estas sensaciones a las máquinas.

La era de las máquinas hápticas había comenzado. Las máquinas más tempranas que permitían una interacción háptica con objetos remotos, eran simplemente palancas y cables puestos al final de una polea al mover, orientar, y apretar mandos, un trabajador podía controlar remotamente los mecanismos, los cuales podían agarrad, mover y manipular un objeto. En los años cuarenta, estos relativamente rudos sistemas remotos de manipulación fueron mejorados para servir la industria nuclear y de material de riesgo.

 Por medio del interfaz de una máquina, los trabajadores podían manipular sustancias tóxicas y peligrosas sin tener que exponerse. Finalmente, los científicos desarrollaron diseños que reemplazaron las conexiones mecánicas con motores y señales eléctricas. Esto hizo posible comunicarse más sutilmente con un manipulador remoto y también de forma más eficiente. El siguiente gran avance llegó en forma de ordenador electrónico.

Al principio, los ordenadores eran usados para controlar máquina en un entorno real (el robot de una cadena de montaje, por ejemplo). Pero en los años ochenta, los ordenadores podían generar entornos virtuales – los mundos en tres dimensiones. En estos primeros entornos, los usuarios podían recibir estímulos por medio de la vista y el sonido. La interacción háptica con objetos simulados se mantuvo limitado por muchos años.

A principios de los noventa, el laboratorio de inteligencia artificial del instituto de tecnología MIT, construyó un dispositivo que podía proveer de estimulación háptica, haciendo por fin tocar y sentir un objeto generado por ordenador. Los científicos trabajando en el proyecto empezaron a describir su área de investigación como ordenador háptico para diferenciarlo con las otras modalidades antes comentadas.

Hoy en día, los ordenadores hápticos son definidos como el sistema requiere – tanto en hardware como en software – para proveer de tacto y sentir los objetos virtuales. Es un campo en rápido crecimiento que está investigando un número de prometedoras tecnologías hápticas.

Definición háptica y sus aplicaciones

Cuando usamos nuestras manos para explorar el mundo que nos rodea, recibimos dos tipos de información – la táctil y la kinestésica. Para entender la diferencia entra las dos, considera una mano que alcanza y coge una pelota de tenis. Según la mano va a coger la pelota y la ajusta a su forma para agarrarla, se genera un conjunto de datos, los cuales describen ángulos de las juntas de los dedos, músculos, fuerza y tensión generada.

Esta información es coleccionada por un grupo especializado de receptores situados en los músculos, tendones y articulaciones. Conocidos como proprioceptores, estos receptores llevan señales al cerebro, donde son procesados por una región en el córtex cerebral. El cerebro procesa la información para proveer la sensación del grosor y forma de la pelota, como también su posición relativa a la mano, brazo y cuerpo.

Cuando los dedos tocan la pelota, hay un contacto entre las yemas de los dedos de la mano y la superficie de la pelota. Cada una de las yemas de los dedos es una compleja estructura de sensores que contienen receptores debajo de la piel y en los tejidos subyacentes. Hay muchos tipos de receptores y uno para cada tipo de estímulo: tactos leves, más fuertes, con más presión, con vibración y para el dolor.

Los datos que llegan juntos de estos receptores ayudan al cerebro a entender los sutiles detalles de cómo es la pelota. Según los dedos exploran el objeto, sienten la textura que tiene. La información forzada es un término normalmente usado para describir las informaciones táctiles y kinestésicas. En el ejemplo de la pelota, se puede ver que la información recibida es compleja. Sin embargo, si una persona tiene que recibir información de un objeto virtual con realismo, esta información forzada es exactamente la información que tienen que recibir.

Los científicos ya han empezado a trabajar con dispositivos – interfaces hápticos –  que permitirán sentir objetos virtuales mediante la información forzada. Algunos intentos anteriores no han tenido mucho éxito, pero con las nuevas generaciones de dispositivos, se están consiguiendo unos resultados muy buenos, y además fáciles de usar.

Hay varios sistemas, y aunque todos parecen diferentes, todos tienen algo en común – un software que determina la fuerza que resulta cuando un usuario virtual interactúa con un objeto y un dispositivo, donde esas fuerzas pueden ser aplicadas a una persona real. Se pueden crear objetos en 3D y hacerlos sentir sólidos y con una superficie definida.

El trabajo de transmitir información al usuario recae en este interfaz, el cual tiene cierta analogía con un ratón de ordenador, excepto que un ratón es un dispositivo pasivo que no se puede comunicar datos hápticos al usuario. Básicamente, utilizan puntos de presión que son enviados a la mano que sujeta el dispositivo por medio de varios motores.

No es difícil imaginar las aplicaciones que puede tener la tecnología háptica. Los fabricantes de videojuegos, controladores, joystick y volantes para juegos tienen en estos dispositivos muchas aplicaciones. Los futuros video juegos video juegos permitirán a los jugadores sentir y manipular objetos y herramientas virtuales, o incluso sentir materiales líquidos. Ya hay proyectos que están consiguiendo resultados asombrosos con la información forzada, donde el usuario ya puede diferenciar entre diferentes objetos.

Interfaces gráficos de usuario en entornos de sistemas operativos conocidos, también se beneficiarán de esta tecnología. Algunos fabricantes de pantallas táctiles también están experimentando con esta tecnología. Muchos fabricantes de teléfonos móviles como Nokia, han perfeccionado sus pantallas táctiles con botones en pantalla que transmiten sensaciones al usuario como el movimiento del botón al pulsarse.

También se puede escuchar un clic de audio para hacerlo más real. Se consigue hacer esto mediante dos pequeños sensores piezoeléctricas debajo de la pantalla, los cuales están perfectamente sincronizados para dar el efecto de sonido y tacto.