Reconstructed Reality: Enabling Teleportation-Based Locomotion in Immersive Telepresence

Imagina intentar caminar por una habitación mientras llevas un casco pesado que te muestra una transmisión de video en vivo de una habitación diferente, pero el video tiene un retraso de casi dos segundos. Cada vez que mueves la cabeza o das un paso, la imagen que ves se retrasa respecto a tu movimiento real. Este desajuste entre lo que ven tus ojos y lo que siente tu oído interno para el equilibrio es una causa primaria de mareo por movimiento en la realidad virtual. Durante años, este conflicto sensorial ha sido una barrera importante para el uso de robots en tareas remotas, como supervisar a un pariente anciano o inspeccionar una instalación distante. Cuando los operadores utilizan joysticks estándar para mover estos robots, el retraso hace que la navegación se sienta lenta y desorientadora, provocando a menudo náuseas que los obligan a detenerse. Los investigadores han buscado durante mucho tiempo una forma de permitir que las personas se sientan presentes en un lugar remoto sin el costo físico de ese retraso.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Oulu ha desarrollado un método para resolver este problema cambiando la forma en que las personas se mueven a través de estos espacios remotos. En lugar de intentar dirigir un robot continuamente como un coche, su sistema permite al usuario "teletransportarse" instantáneamente a una nueva ubicación dentro de un mapa digital de la habitación remota. Mientras el usuario se mueve en este espacio digital, el robot real viaja hacia ese punto por su cuenta. Debido a que el usuario no está viendo al robot luchar contra el retraso, no siente el mareo que suele acompañar al desfase. Los investigadores probaron esta idea en dos etapas, primero con un mapa digital preexistente y luego con un sistema que construye el mapa en tiempo real a medida que el robot se mueve. Sus hallazgos muestran que este método de teletransportación reduce significativamente el malestar y ayuda a las personas a completar tareas más rápido, incluso cuando la conexión de video es lenta.

El núcleo del problema reside en cómo el cerebro humano procesa el movimiento. Cuando una persona usa un visor y ve un video de un robot moviéndose, sus ojos le dicen a su cerebro que está viajando. Sin embargo, su oído interno, que controla el equilibrio, siente que está sentado quieto. Esta contradicción crea un conflicto que el cerebro interpreta como una señal de envenenamiento, desencadenando síntomas de náuseas y mareos. Este problema es particularmente severo cuando se usan cámaras de 360 grados para transmitir video desde un robot remoto, porque el video de alta calidad requiere más datos para enviarse, lo que aumenta el retraso. En los experimentos descritos, el retraso entre la acción del robot y lo que el usuario ve en su pantalla se midió en aproximadamente 1.8 segundos. A esta velocidad, intentar dirigir un robot con un joystick es frustrante y físicamente agotador, lo que a menudo conduce a un desempeño deficiente mientras el operador lucha por adivinar dónde estará el robot cuando el video finalmente se ponga al día.

Para abordar esto, los investigadores introdujeron un sistema llamado VEIPE, que significa Interfaz de Entorno Virtual a un Entorno Físico (Virtual Environment Interface to a Physical Environment). En esta configuración, el usuario no dirige el robot directamente. En su lugar, observa una reconstrucción 3D de la habitación remota dentro de su visor. Esta habitación digital está construida para coincidir con la real. Cuando el usuario quiere moverse, apunta a un punto en el suelo de la habitación digital y hace clic. El usuario aparece instantáneamente en ese punto en el mundo virtual, y el robot comienza a conducir hacia allí por su cuenta. Durante el tiempo que tarda el robot en recorrer la distancia, el usuario ve al robot moviéndose en el espacio digital, pero debido a que el cuerpo del propio usuario no se está moviendo, el conflicto sensorial se minimiza. Una vez que el robot llega, la vista cambia de nuevo a la transmisión de video en vivo para que el usuario pueda ver el mundo real con claridad.

Los investigadores probaron primero este concepto utilizando un mapa digital que había sido creado antes del experimento. Pidieron a los participantes que navegaran un robot a través de una habitación para encontrar objetos específicos, como comprobar si un frasco de pastillas estaba presente o si un bote de basura estaba lleno. La mitad de los participantes usó el método tradicional del joystick, mientras que la otra mitad usó el sistema de teletransportación. Los resultados fueron claros: aquellos que usaron el método de teletransportación reportaron significativamente menos náuseas. En una escala estándar utilizada para medir el mareo por movimiento, el grupo del joystick obtuvo puntuaciones mucho más altas, indicando un malestar severo, mientras que el grupo de teletransportación obtuvo una puntuación cercana a cero. Además, el grupo de teletransportación completó más tareas de navegación en el mismo tiempo. También reportaron sentirse menos agotados mentalmente. Los participantes prefirieron abrumadoramente el método de teletransportación, con la mayoría afirmando que lo elegirían si tuvieran que controlar un robot nuevamente.

Para asegurar que estos resultados no fueran solo un golpe de suerte con un mapa prefabricado, el equipo llevó a cabo un segundo estudio, más desafiante. Esta vez, utilizaron un robot equipado con una cámara especial que podía escanear la habitación y construir el mapa 3D mientras se movía. Esto significaba que el entorno digital se estaba creando en tiempo real, en lugar de ser una copia perfecta hecha con antemación. La tarea era más compleja, requiriendo que el robot viajara distancias más largas en un espacio más grande para realizar controles observacionales, simulando un escenario del mundo real como un asistente de cuidado de ancianos. El retraso en la transmisión de video fue ligeramente mayor en esta configuración, medido en 1.8 segundos, debido a la mayor calidad del video y al procesamiento requerido para el mapa en tiempo real.

Incluso con la complejidad añadida de un mapa en vivo que se está construyendo, el método de teletransportación demostró ser superior. Los participantes que usaron el sistema en tiempo real experimentaron significativamente menos mareo que aquellos que usaron el joystick, aunque las puntuaciones generales de malestar fueron ligeramente más altas que en el primer estudio, probablemente debido a la mayor duración de la tarea. El grupo de teletransportación también completó más tareas con éxito. Los investigadores encontraron que el tiempo que tardaba el robot en viajar no dificultaba la capacidad del usuario para planificar su ruta, porque el usuario podía ver todo el camino en el mapa digital y saltar al destino inmediatamente. Esto eliminó la frustración de intentar dirigir un video con retraso. La carga de trabajo subjetiva, o qué tan difícil sintieron los usuarios que estaban trabajando, también fue significativamente menor para el grupo de teletransportación.

Sin embargo, el estudio reveló un matiz sorprendente respecto a la preferencia del usuario. Aunque el método de teletransportación era objetivamente mejor para la salud y el desempeño, los participantes no lo eligieron unánimemente como su favorito. En el segundo estudio, solo alrededor de dos tercios de los participantes prefirieron el método de teletransportación, mientras que el resto aún eligió el joystick tradicional. Los investigadores notaron que algunos usuarios sentían un mayor sentido de control cuando podían dirigir el robot ellos mismos, incluso si eso los hacía sentir mal. Un participante mencionó sentirse "desencarnado" al usar el sistema de teletransportación, prefiriendo la conexión directa del joystick. Esto sugiere que, si bien la tecnología resuelve el problema físico del mareo, el deseo psicológico de control directo sigue siendo un factor que los diseñadores deben considerar.

Los investigadores también analizaron qué tan fácil era el uso del sistema. El método de teletransportación recibió una puntuación ligeramente más alta en una escala de usabilidad, pero las puntuaciones no fueron abrumadoramente altas. Algunos participantes encontraron frustrante que el robot no pudiera alcanzar un punto que habían seleccionado en el mapa digital, como cuando se teletransportaban demasiado cerca de una pared o un objeto. Esto indica que el sistema necesita ser más inteligente sobre qué puntos son alcanzables, quizás mostrando un camino claro o restringiendo la teletransportación a áreas seguras. A pesar de estos problemas menores de usabilidad, los datos confirman que el método funciona. Los investigadores concluyeron que usar un entorno reconstruido en 3D para teletransportar un robot es una forma viable y efectiva de superar las limitaciones de las conexiones con alta latencia.

Este trabajo demuestra que el futuro de la robótica remota no depende necesariamente de un internet más rápido o de mejores cámaras para reducir el retraso. En cambio, puede depender de cambiar cómo los humanos interactúan con la máquina. Al permitir que el usuario se salte el viaje con retraso y aparezca instantáneamente en el destino, el sistema elimina el conflicto sensorial que causa el mareo. El estudio proporciona una fuerte evidencia de que este enfoque permite a las personas navegar entornos remotos de manera más efectiva y cómoda, incluso cuando la conexión es lenta. Si bien la tecnología aún no es perfecta, y algunos usuarios todavía prefieren la sensación de control directo, los resultados ofrecen un camino claro para hacer que los sistemas de telepresencia sean utilizables para el público en general. La capacidad de verificar a un ser querido o inspeccionar un sitio remoto sin sentirse enfermo podría transformar cómo interactuamos con el mundo más allá de nuestro alcance inmediato.