A Cross-Domain Orthogonal Spherical Interface for Bidirectional Haptic Human Robot Interaction
यह शोध पत्र FusionTouch प्रस्तुत करता है, जो एक ग्लव-मुक्त गोलाकार हैप्टिक इंटरफेस है जो एक क्रॉस-डोमेन ट्रांसपेरेंट आर्किटेक्चर और बायो-इंस्पायर्ड टेक्सटाइल फैब्रिकेशन का उपयोग करके एक एकल लचीली सतह पर मल्टीमॉडल सेंसिंग और द्विदिश हैप्टिक फीडबैक को तालमेल के साथ एकीकृत करता है, जिससे विविध मानव-रोबोट इंटरेक्शन अनुप्रयोगों के लिए उच्च-सटीकता वाले हैंड पोज़ एस्टीमेशन, विरूपण पुनर्निर्माण (डेफॉर्मेशन रिकंस्ट्रक्शन) और बल अनुमान (फोर्स एस्टीमेशन) को सक्षम बनाया जा सके।
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कल्पना कीजिए कि आप एक रोबोट से बात करने की कोशिश कर रहे हैं, या कोई ऐसा वीडियो गेम खेल रहे हैं जहाँ आप वास्तव में आभासी दुनिया को महसूस कर सकते हैं। वर्षों से, ऐसा करने का सबसे अच्छा तरीका तारों और सेंसरों से ढका हुआ एक हाई-टेक दस्ताना पहनना रहा है। लेकिन सोचिए कि गर्मियों में मोटे दस्ताने पहनना कितना कष्टप्रद होता है, या वे आपकी उंगलियों की प्राकृतिक गति में कैसे बाधा डाल सकते हैं। "हैप्टिक्स" (haptics) के क्षेत्र के वैज्ञानिक—जो स्पर्श की भावना और हम चीजों को कैसे महसूस करते हैं, इसके लिए एक फैंसी शब्द है—इंसानों और मशीनों के बीच हाथ मिलाने के बेहतर तरीके बनाने की कोशिश कर रहे हैं, बिल्कुल शाब्दिक रूप से। उन्हें जिस बड़ी चुनौती का सामना करना पड़ रहा है, वह एक भीड़ भरे कमरे में बातचीत करने की कोशिश करने जैसी है जहाँ हर कोई चिल्ला रहा हो; जब आप एक माइक्रोफ़ोन (सुनने के लिए) और एक स्पीकर (बोलने के लिए) दोनों को एक ही नरम, स्पंजी सतह पर एक-दूसरे के ठीक बगल में रखने की कोशिश करते हैं, तो सिग्नल आपस में मिल जाते हैं और गड़बड़ हो जाते हैं। यह शोध पत्र इस अव्यवस्थित समस्या को हल करने के लिए एक नए प्रकार की "स्मार्ट स्किन" का आविष्कार करके इस पर काम करता है जिसे दस्ताने की आवश्यकता नहीं है।
FusionTouch से मिलिए, त्सिंगहुआ विश्वविद्यालय और अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक ऐसा उपकरण बनाया है जो एक नरम, पारदर्शी, फुलाने योग्य बीच बॉल (beach ball) जैसा दिखता है, लेकिन वास्तव में यह आपके हाथ के लिए एक हाई-टेक इंटरफेस है। अपने हाथ को दस्ताने में जबरन डालने के बजाय, FusionTouch एक गोलाकार खोल (shell) है जिसके भीतर आप बस अपना हाथ रख सकते हैं, जैसे कि किसी चमकते हुए गर्म गोले को पकड़े हुए हों। जादू इस बात में है क्योंकि वैज्ञानिकों ने यह पता लगाया कि कैसे विभिन्न प्रकार की "ऊर्जा" को एक ही सामग्री से बिना एक-दूसरे से टकराए गुजरने दिया जा सकता है। उन्होंने एक चतुर तरीका अपनाया: उन्होंने सिग्नलों को रंग और प्रकार के आधार पर अलग कर दिया। दृश्य प्रकाश (visible light) पारदर्शी रूप से गुजरता है ताकि कैमरे आपके हाथ के आकार को देख सकें, जबकि अदृश्य नियर-इंफ्रारेड लाइट का उपयोग सूक्ष्म मार्करों को ट्रैक करने और सतह को गर्माहट देने के लिए किया जाता है। इस बीच, एक विशेष पारदर्शी कोटिंग विद्युत संकेतों को ले जाती है ताकि आपको हल्की सी झुनझुनी महसूस हो सके, और बॉल के अंदर की हवा का दबाव इसे सख्त या नरम बना सकता है।
यह शोध पत्र दिखाता है कि यह "क्रॉस-डोमेन" डिज़ाइन अविश्वसनीय रूप से अच्छा काम करता है। क्योंकि सिग्नल एक-दूसरे में हस्तक्षेप नहीं करते हैं, इसलिए यह उपकरण एक साथ दो काम कर सकता है: यह "महसूस" कर सकता है कि आप कहाँ छू रहे हैं और कितनी जोर से दबा रहे हैं, और यह गर्मी, एक हल्की बिजली की सनसनी, या सतह के उछाल में बदलाव जैसी विभिन्न संवेदनाओं के साथ आपके हाथ को "जवाब" भी दे सकता है। परीक्षणों में, सिस्टम अत्यधिक सटीकता (केवल 0.36 डिग्री की त्रुटि) के साथ आपके हाथ की स्थिति का अनुमान लगाने और 0.093 न्यूटन की शुद्धता के साथ यह मापने में सक्षम था कि आप कितनी जोर से दबा रहे हैं। इसने बॉल में दबते हुए आपके हाथ के आकार को भी सफलतापूर्वक पुनर्गठित किया, जिसकी औसत त्रुटि केवल 1.28 मिलीमीटर थी।
शोधकर्ताओं ने इसे तीन बहुत अलग परिदृश्यों में परखा ताकि यह देखा जा सके कि क्या यह वास्तविक दुनिया के कार्यों को संभाल सकता है। सबसे पहले, उन्होंने इसका उपयोग रोबोटिक टेलीऑपरेशन (robotic teleoperation) के लिए किया, जहाँ एक व्यक्ति दूर से एक रोबोटिक हाथ को नियंत्रित करता है। FusionTouch के साथ, ऑपरेटर यह महसूस कर सकता था कि रोबलेट कहाँ किसी वस्तु को छू रहा है, जिससे उन्हें तौलिया मोड़ने या चावल उठाने जैसे कार्य अधिक तेज़ी से और कम गलतियों के साथ करने में मदद मिली। दूसरा, उन्होंने इसे एक वर्चुअल रियलिटी (VR) सेटअप में जोड़ा। यहाँ, यह उपकरण एक आभासी गर्म सेब को गर्म महसूस करा सकता था या एक आभासी गेंद को उछाल भरा महसूस करा सकता था, जो डिजिटल दुनिया में भौतिक वास्तविकता की एक परत जोड़ देता है जो मानक कंट्रोलर्स नहीं कर पाते। अंत में, उन्होंने इसे एक बैक मसाज देने के लिए एक रोबोटिक हाथ से जोड़ा। रोबोट महसूस कर सकता था कि वह व्यक्ति की पीठ पर कितनी जोर से दबाव डाल रहा है और स्वचालित रूप से समायोजन कर सकता था, साथ ही त्वचा को गर्म भी कर सकता था और मसाज को अधिक वास्तविक बनाने के लिए हल्के विद्युत स्पंदन (pulses) दे सकता था।
यह शोध पत्र स्पष्ट रूप से इस विचार का खंडन करता है कि अच्छा हैप्टिक फीडबैक प्राप्त करने के लिए आपको दस्ताने की आवश्यकता है। लेखकों ने पाया कि दस्ताने अक्सर असुविधाजनक होते हैं, प्रत्येक व्यक्ति के लिए विशिष्ट फिट की आवश्यकता होती है, और आपकी प्राकृतिक हाथ की गतिविधियों में बाधा डालते हैं। एक गोलाकार आकार का उपयोग करके जो एक आरामदेह हाथ के स्वाभाविक रूप से मुड़ने के तरीके से मेल खाता है, FusionTouch इन समस्याओं से बचता है। उन्होंने इस विचार को भी खारिज कर दिया कि एक ही सतह पर सेंसिंग और फीडबैक को मिलाना असंभव है; उन्होंने साबित किया कि सिग्नलों को अलग-अलग "डोमेन" (प्रकाश, बिजली और हवा) में विभाजित करके, आप उच्च-गुणवत्ता वाली सेंसिंग और समृद्ध फीडबैक दोनों प्राप्त कर सकते हैं बिना सिग्नलों के आपस में उलझे।
हालाँकि परिणाम प्रभावशाली हैं, शोध पत्र सावधानीपूर्वक यह नोट करता है कि यह एक नया प्रोटोटाइप है। यह प्रणाली नियंत्रित परीक्षणों और विशिष्ट प्रदर्शनों में अच्छी तरह काम करती है, लेकिन लेखक स्वीकार करते हैं कि अभी भी सुधार की गुंजाइश है, जैसे कि विशिष्ट स्थानों पर हीटिंग और वाइब्रेशन को अधिक सटीक बनाना और यह पता लगाना कि डिवाइस को वायरलेस कैसे बनाया जाए ताकि इसमें इतने सारे ट्यूब और तारों की आवश्यकता न हो। वे सुझाव देते हैं कि यह दृष्टिकोण भविष्य के इंटरफेस को डिजाइन करने के लिए एक सामान्य रणनीति हो सकती है, लेकिन वे यह दावा नहीं करते कि यह अंतिम, पूर्ण समाधान है। इसके बजाय, वे FusionTouch को एक नए तरीके के रूप में प्रस्तुत करते हैं जिससे इंसान और रोबोट एक भौतिक स्थान साझा कर सकते हैं, एक-दूसरे को महसूस कर सकते हैं और प्रतिक्रिया दे सकते हैं, जो स्वाभाविक, आरामदायक और आश्चर्यजनक रूप से जादुई लगता है।
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