Reconstructed Reality: Enabling Teleportation-Based Locomotion in Immersive Telepresence

تخيل أنك تحاول السير عبر غرفة وأنت ترتدي خوذة ثقيلة تعرض لك بثاً فيديو حياً لغرفة أخرى، لكن الفيديو يتأخر بمقدار ثانيتين تقريباً. في كل مرة تحرك فيها رأسك أو تأخذ خطوة، تتأخر الصورة التي تراها عن حركتك الفعلية. هذا التباين بين ما تراه عيناك وما تشعر به أذنك الداخلية من أجل التوازن هو سبب رئيسي لدوار الحركة في الواقع الافتراضي. لسنوات، كان هذا الصراع الحسي عائقاً كبيراً أمام استخدام الروبوتات للمهام عن بُعد، مثل الاطمئمان على قريب مسن أو فحص منشأة بعيدة. عندما يستخدم المشغلون عصا التحكم القياسية لتحريك هذه الروبوتات، يجعل التأخير التنقل يبدو بطيئاً ومربكاً، مما يسبب غالباً الغثيان الذي يجبرهم على التوقف. لطالما سعى الباحثون لإيجاد وسيلة تسمح للناس بالشعور بالحضور في موقع بعيد دون العبء الجسدي الناتج عن ذلك التأخير.

لقد طور فريق من الباحثين في جامعة أولو طريقة لحل هذه المشكلة من خلال تغيير كيفية تحرك الناس عبر هذه المساحات البعيدة. فبدلاً من محاولة توجيه الروبوت بشكل مستمر مثل السيارة، يسمح نظامهم للمستخدم بـ "الانتقال الآني" (teleport) فورياً إلى موقع جديد داخل خريطة رقمية للغرفة البعثة. وبينما يتحرك المستخدم في هذه المساحة الرقمية، ينتقل الروبوت الفعلي إلى ذلك الموقع من تلقاء نفسه. ولأن المستخدم لا يشاهد الروبوت وهو يعاني من التأخير، فإنه لا يشعر بدوار الحركة الذي يأتي عادةً من ذلك التأخير. اختبر الباحثون هذه الفكرة في مرحلتين، الأولى باستخدام خريطة رقمية جاهزة، والثانية باستخدام نظام يبني الخريطة في الوقت الفعلي أثناء تحرك الروبوت. وتظهر نتائجهم أن طريقة الانتقال الآني هذه تقلل بشكل كبير من الشعور بالمرض وتساعد الناس على إكمال المهام بشكل أسرع، حتى عندما يكون الاتصال بالفيديو بطيئاً.

يكمن جوهر المشكلة في كيفية معالجة الدماغ البشري للحركة. فعندما يرتدي الشخص خوذة ويرى فيديو لروبوت يتحرك، تخبر عيناه دماغه بأنه يسافر. ومع ذلك، فإن أذنه الداخلية، التي تتحكم في التوازن، تشعر بأنه جالس في مكانه. هذا التناقض يخلق صراعاً يفسره الدماغ كعلامة على التسمم، مما يؤدي إلى أعراض الغثيان والدوار. وتكون هذه المشكلة شديدة بشكل خاص عند استخدام كاميرات بزاوية 360 درجة لبث الفيديو من روبوت بعيد، لأن الفيديو عالي الجودة يتطلب بيانات أكثر للإرسال، مما يزيد من التأخير. وفي التجارب الموصوفة، تم قياس التأخير بين حركة الروبوت ورؤية المستخدم لها على شاشته بنحو 1.8 ثانية تقريباً. عند هذه السرعة، يكون محاولة توجيه الروبوت باستخدام عصا التحكم أمراً محبطاً ومرهقاً جسدياً، وغالباً ما يؤدي إلى أداء ضعيف حيث يكافح المشغل لتخمين مكان الروبوت عندما يلحق به الفيديو أخيراً.

ولمعالجة ذلك، قدم الباحثون نظاماً يسمى VEIPE، وهو اختصار لـ "واجهة البيئة الافتراضية لبيئة فيزيائية". في هذا الإعداد، لا يقوم المستخدم بتوجيه الروبوت مباشرة، بل ينظر إلى إعادة بناء ثلاثية الأبعاد للغرفة البعيدة داخل خوذته. هذه الغرفة الرقمية مبنية لتطابق الغرفة الحقيقية. وعندما يريد المستخدم التحرك، فإنه يشير إلى نقطة على الأرض في الغرفة الرقمية وينقر عليها. يظهر المستخدم فوراً في تلك النقطة في العالم الافتراضي، ويبدأ الروبوت في القيادة إلى هناك من تلقاء نفسه. وخلال الوقت الذي يستغرقه الروبوت لقطع المسافة، يرى المستخدم الروبوت وهو يتحرك في المساحة الرقمية، ولكن بما أن جسم المستخدم لا يتحرك، يتم تقليل الصراع الحسي إلى أدنى حد. وبمجرد وصول الروبوت، تنتقل الرؤية إلى بث الفيديو المباشر حتى يتمكن المستخدم من رؤية العالم الحقيقي بوضوح.

اختبر الباحثون أولاً هذا المفهوم باستخدام خريطة رقمية تم إنشاؤها قبل التجربة. وطلبوا من المشاركين توجيه روبوت عبر غرفة للعثين على أشياء محددة، مثل التحقق مما إذا كانت زجاجة دواء موجودة أو إذا كانت سلة المهملات ممتلئة. استخدم نصف المشاركين طريقة عصا التحكم التقليدية، بينما استخدم النصف الآخر نظام الانتقال الآني. وكانت النتائج واضحة: أفاد أولئك الذين استخدموا طريقة الانتقال الآني بوجود غثيان أقل بكثير. وعلى مقياس قياسي مستخدم لقياس دوار الحركة، سجلت مجموعة عصا التحكم مستويات أعلى بكثير، مما يشير إلى انزعاج شديد، بينما سجلت مجموعة الانتقال الآني قرب الصفر. علاوة على ذلك، أنجزت مجموعة الانتقال الآني مهام ملاحة أكثر في نفس الوقت، كما أفادوا بشعورهم بإجهاد ذهني أقل. وقد فضل المشاركون طريقة الانتقال الآني بشكل ساحق، حيث ذكر معظمهم أنهم سيختارونها إذا اضطروا للتحكم في روبوت مرة أخرى.

وللتأكد من أن هذه النتائج لم تكن مجرد ضربة حظ ناتجة عن خريطة جاهزة، أجرى الفريق دراسة ثانية أكثر تحدياً. هذه المرة، استخدموا روبوتاً مجهزاً بكاميرا خاصة يمكنها مسح الغرفة وبناء الخريطة ثلاثية الأبعاد أثناء تحركها. وهذا يعني أن البيئة الرقمية يتم إنشاؤها في الوقت الفعلي، بدلاً من كونها نسخة مثالية معدة مسبقاً. كانت المهمة أكثر تعقيداً، حيث تطلبت من الروبوت قطع مسافات أطول في مساحة أكبر لإجراء فحوصات ملاحظة، مما يحاكي سيناريو من العالم الحقيقي مثل مساعد رعاية المسنين. وكان التأخير في بث الفيديو أعلى قليلاً في هذا الإعداد، حيث قُدر بنحو 1.8 ثانية، بسبب جودة الفيديو العالية والمعالجة المطلوبة للخريطة في الوقت الفعلي.

وحتى مع التعقيد المضاف في وجود خريطة حية يتم بناؤها، أثبتت طريقة الانتقال الآني تفوقها. فقد عانى المشاركون الذين استخدموا النظام الحقيقي من دوار حركة أقل بكثير مقارنة بمن استخدموا عصا التحكم، رغم أن درجات المرض الإجمالية كانت أعلى قلي في الدراسة الأولى، ربما بسبب طول مدة المهمة. كما أن مجموعة الانتقال الآني أنجزت مهاماً أكثر بنجاح. ووجد الباحثون أن الوقت الذي استغرقه الروبوت للسفر لم يعق قدرة المستخدم على التخطيط لمساره، لأن المستخدم يمكنه رؤية المسار بأكمله في الخريطة الرقمية والقفز إلى الوجهة فوراً. وقد أدى هذا إلى القضاء على الإحباط الناتج عن محاولة التوجيه عبر بث فيديو متأخر. كما كان عبء العمل الذاتي، أو مدى صعوبة العمل التي شعر بها المستخدمون، أقل بكثير لمجموعة الانتقال الآني.

ومع ذلك، كشفت الدراسة عن فارق دقيق مفاجئ فيما يتعلق بتفضيل المستخدمين. فبينما كانت طريقة الانتقال الآني أفضل موضوعياً من حيث الصحة والأداء، لم يفضلها المشاركون بالإجماع كطريقتهم المفضلة. في الدراسة الثانية، فضل حوالي ثلثي المشاركين طريقة الانتقال الآني، بينما اختار الباقون عصا التحكم التقليدية. وأشار الباحثون إلى أن بعض المستخدمين شعروا بقدر أكبر من السيطرة عندما يمكنهم توجيه الروبوت بأنفسهم، حتى لو جعلهم ذلك يشعرون بالمرض. وذكر أحد المشاركين شعوره بأنه "منفصل عن جسده" عند استخدام نظام الانتقال الآني، مفضلاً الاتصال المباشر لعصا التحكم. وهذا يشير إلى أنه بينما تعالج التكنولوجيا المشكلة الجسدية المتمثلة في دوار الحركة، فإن الرغبة النفسية في السيطرة المباشرة تظل عاملاً يجب على المصممين مراعاته.

كما نظر الباحثون في مدى سهولة استخدام النظام. حصلت طريقة الانتقال الآني على درجة أعلى قليلاً في مقياس سهولة الاستخدام، لكن الدرجات لم تكن مرتفعة بشكل كبير. وجد بعض المشاركين صعوبة وإحباطاً عندما لم يستطع الروبوت الوصول إلى نقطة اختاروها في الخريطة الرقمية، مثل عندما انتقلوا آنياً إلى مكان قريب جداً من جدار أو جسم ما. ويشير هذا إلى أن النظام يحتاج إلى أن يكون أكثر ذكاءً بشأن المواقع التي يمكن الوصول إليها، ربما من خلال إظهار مسار واضح أو قصر الانتقال الآني على المناطق الآمنة. وبالرغم من هذه المشكلات الطفيفة في سهولة الاستخدام، تؤكد البيانات أن الطريقة ناجحة. وخلص الباحثون إلى أن استخدام بيئة معاد بناؤها ثلاثية الأبعاد للانتقال الآني للروبوت هو وسيلة قابلة للتطبيق وفعالة للتغلب على قيود الاتصالات ذات زمن الوصول العالي.

يظهر هذا العمل أن مستقبل الروبوتات عن بُعد لا يعتمد بالضرورة على إنترنت أسرع أو كاميرات أفضل لتقليل التأخير، بل قد يعتمد على تغيير كيفية تفاعل البشر مع الآلة. فمن خلال السماح للمستخدم بتجاوز الرحلة المتأخرة والظهور فوراً في الوجهة، يزيل النظام الصراع الحسي الذي يسبب المرض. وتقدم الدراسة دليلاً قوياً على أن هذا النهج يسمح للناس بالتنقل في البيئات البعيدة بشكل أكثر فعالية وراحة، حتى عندما يكون الاتصال بطيئاً. وبينما لا تزال التكنولوجيا غير مثالية، ولا يزال بعض المستخدمين يفضلون الشعور بالسيطرة المباشرة، إلا أن النتائج تقدم مساراً واضحاً لجعل أنظمة الحضور عن بُعد قابلة للاستخدام من قبل عامة الناس. إن القدرة على الاطمئنان على قريب أو فحص موقع بعيد دون الشعور بالمرض يمكن أن تغير طريقة تفاعلنا مع العالم خارج نطاق وصولنا المباشر.