سریال تلویزیونی «پیشتازان فضا: نسل آینده» میلیون‌ها نفر را با ایده «هولودک» یا عرشه بدل آشنا کرد: یک طرح هولوگرافی سه‌بعدی واقع‌گرایانه از محیطی کامل که می‌توانید با آن تعامل داشته باشید و حتی آن را لمس کنید. عرشه‌های بدل محیط نرم‌افزاری واقعیت مجازی با قابلیت وارد کردن و ویرایش مدل‌های سه‌بعدی با کیفیت بالا است.

در قرن ۲۱، از هولوگرام‌ (بُعدنگار) در حوزه‌های مختلفی مانند سیستم‌های پزشکی، آموزش، هنر و حوزه‌های امنیتی و دفاعی استفاده می‌شوند. دانشمندان همچنان در حال توسعه شیوه‌هایی برای استفاده از لیزر، پردازنده‌های دیجیتالی مدرن و فناوری‌های ادراک حرکتی برای ایجاد بعدنگارهای گوناگون‌اند که می‌تواند شیوه تعامل ما را در آینده تغییر دهد.

پروفسور راویندر داهیا، استاد الکترونیک و مهندسی نانو، که با همکارانش در دانشگاه گلاسگو روی قطعات الکترونیک انعطاف‌پذیر و فناوری حسگر می‌کنند، در مقاله‌ای در وب‌سایت کانورسیشن درباره این فناوری بیشتر توضیح می‌دهد که در ادامه می‌آید.

پروفسور داهیا و همکارانش اکنون با استفاده از «ایروهاپتیک» یا همان فناوری لمس هوایی، سیستمی از بعدنگارهای انسانی ساخته‌اند که احساس لمس را با جریان‌های هوا ایجاد می‌کنند. این جریان‌های هوا احساس لمس را روی انگشت، دست‌ها و مچ‌ها به وجود می‌آورند.

این دستاورد می‌تواند بیشتر توسعه پیدا کند و به شما این امکان را بدهد تا با آواتار یا تجسم مجازی همکاری در آن سوی جهان دیدار کنید و واقعا احساس کنید با او دست می‌دهید. این دستاورد حتی می‌تواند اولین گام‌ها برای ساخت چیزی شبیه هولودک یا عرشه بدل باشد.

برای ایجاد حس لمس، پروفسور داهیا و همکارانش از قطعات کم‌هزینه و در دسترس استفاده می‌کنند تا گرافیک‌های رایانه‌ای تولید‌شده را با جریان‌های دقیق و کنترل‌شده هوا مرتبط کنند.

ساخت بعدنگار قابل‌لمس گامی فراتر از نسل فعلی واقعیت مجازی است که برای انتقال گرافیک‌های سه‌بعدی و تحریک لامسه نیازمند هدفون، دستکش هوشمند یا کنترل‌کننده‌های دستی است. اغلب روش‌های مبتنی بر ابزارهای پوشیدنی به کنترل شیء مجازی که نمایش داده می‌شود محدودند.

کنترل یک شیء مجازی حس لمس واقعی بین دو نفر را ایجاد نمی‌کند. اما افزودن حس لمس مصنوعی بدون نیاز به دستکش می‌تواند بُعد دیگری به آن ببخشد تا حس لمس بسیار طبیعی‌تر باشد.

استفاده از شیشه و آینه

در این پژوهش‌، از گرافیکی استفاده شده است که توهمی از تصویر مجازی سه‌بعدی ایجاد می‌کند. این گرافیک نمونه مدرنی از یک فن رایج ایجاد خطای باصره در قرن نوزدهم است که به «شبح پپر Pepper's Ghost» معروف بود. استفاده از این فن برای ایجاد شبحی از موجودات فرا‌طبیعی روی صحنه تماشاگران تئاتر در دوران ملکه ویکتوریا در بریتانیا را شگفت‌زده می‌کرد.

این سیستم‌ها از شیشه و آینه برای ایجاد تصویر دو‌بعدی شناور در فضا بدون نیاز به تجهیزات اضافی استفاده می‌کنند و بازخورد لمسی در پژوهش پروفسور داهیا با چیزی جز هوا ایجاد نمی‌شود.

آینه‌هایی که این سیستم را تشکیل می‌دهند به شکل هرمی چیده شده‌اند که یک سمت آن باز است. کاربرها دست خود را در سمت باز قرار می‌دهند و با اشکال رایانه‌ای شناور در فضای آزاد داخل هرم تعامل دارند.

این اشیا گرافیک‌هایی‌اند که از طریق برنامه نرم‌افزاری «یونیتی گیم انجین Unity Game Engine» ایجاد می‌شوند، برنامه‌ای که اغلب برای خلق اشیا و دنیاهای (فضاهای) سه‌بعدی در بازی‌های وید‌ئویی استفاده می‌شود.

درست در زیر هرم یک حسگر وجود دارد که حرکت دست‌ها و انگشتان کاربر را ردیابی می‌کند و یک لوله جریان‌های هوا را به سمت آن‌ها هدایت می‌کند تا حس‌ پیچیده‌ای از لامسه را ایجاد کند. سیستم کلی را سخت‌افزار الکترونیکی هدایت می‌کند تا حرکات لوله را کنترل کند. پروفسور داهیا می‌گوید: «ما الگوریتمی ساختیم تا لوله هدایت‌کننده هوا به حرکات دست کاربرها با ترکیب مناسب جهت و نیرو واکنش نشان دهد.»

یکی از روش‌هایی که پروفسور داهیا قابلیت‌های سیستم ایروهاپتیک را به نمایش گذاشته استفاده از تصویر تعاملی توپ بسکتبال است که می‌توان لمس کرد، قل داد و پرت کرد. بازخورد لمسی جریان‌های هوای سیستم نیز بر اساس سطح مجازی توپ بسکتبال تنظیم می‌شود و به کاربر اجازه می‌دهد شکل مدور توپ را که از نوک انگشتان قل می‌خورد و بازمی‌گردد توی دست احساس کند. کاربر همچنین می‌تواند توپی مجازی را با شدت‌های متفاوت پرت کند و نتیجه را بر اساس تفاوت شدت برخورد بازگشت توپ احساس کند. 

بوهای آینده

با اینکه هنوز با دستیابی به عرشه بدل کاملِ مشابه «پیشتازان فضا» در آینده نزدیک فاصله داریم، می‌توان گفت که دانشمندان در مسیرهای جدیدی جسورانه گام می‌گذارند تا قابلیت‌های بیشتری به سیستم بعدنگاری اضافه کنند. به گفته پروفسور داهیا، انتظار می‌رود به‌زودی بتوانند دمای جریان هوا را نیز تغییر دهند تا کاربر گرمی و سردی سطوح را نیز احساس کند. آن‌ها همچنین در حال بررسی‌اند تا بو را نیز به جریان هوا اضافه کنند تا علاوه بر لمس اشیا، توهم بصری اشیای مجازی برای کاربر پررنگ‌تر شود.

سیستم بعدنگاری قابل‌لمس همچنین به پزشکان در درمان بیماران کمک می‌کند و باعث می‌شود بیمار آگاهی بیشتری از فرایند درمان پیدا کند. پزشکان می‌توانند با این فناوری ویژگی‌های سلول‌های تومور را ببینند، حس و توصیف کنند و مراحل عمل‌های جراحی را به بیماران نشان دهند.