Reconstructed Reality: Enabling Teleportation-Based Locomotion in Immersive Telepresence
यह शोध पत्र यह प्रस्तावित और मान्य करता है कि वास्तविक समय में पुनर्गठित 3D वर्चुअल वातावरण के भीतर टेलीपोर्टेशन का उपयोग करना, पारंपरिक जॉयस्टिक-आधारित नियंत्रण की तुलना में एम्बॉडीड इमर्सिव टेलीप्रेजेंस के लिए एक बेहतर लोकोमोशन विधि है, जो उच्च विलंबता (लेटेंसी) और वीआर सिकनेस (VR sickness) की चुनौतियों को प्रभावी ढंग से कम करता है।
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कल्पना कीजिए कि आप एक भारी हेलमेट पहनकर एक कमरे में चलने की कोशिश कर रहे हैं जो आपको एक अलग कमरे का लाइव वीडियो फीड दिखाता है, लेकिन वह वीडियो लगभग दो सेकंड की देरी (लैग) से चल रहा है। हर बार जब आप अपना सिर घुमाते हैं या कदम उठाते हैं, तो आपके द्वारा देखी जाने वाली छवि आपकी वास्तविक गति के पीछे रह जाती है। आपकी आँखों द्वारा देखी जाने वाली चीज़ और आपके कान के अंदरूनी हिस्से (inner ear) द्वारा संतुलन के लिए महसूस किए जाने वाले अनुभव के बीच यह अंतर वर्चुअल रियलिटी में मोशन सिकनेस (गति के कारण होने वाली बीमारी) का प्राथमिक कारण है। वर्षों से, यह संवेदी संघर्ष (sensory conflict) दूरस्थ कार्यों, जैसे कि किसी बुजुर्ग रिश्तेदार की देखभाल करने या किसी दूर स्थित सुविधा का निरीक्षण करने के लिए रोबोट के उपयोग में एक बड़ी बाधा बना हुआ है। जब ऑपरेटर इन रोबोटों को चलाने के लिए मानक जॉयस्टिक का उपयोग करते हैं, तो देरी के कारण नेविगेशन सुस्त और भ्रमित करने वाला लगता है, जिससे अक्सर मतली आती है और उन्हें रुकने के लिए मजबूर होना पड़ता है। शोधकर्ता लंबे समय से एक ऐसा तरीका खोजने की कोशिश कर रहे हैं जिससे लोग उस लैग के शारीरिक कष्ट के बिना किसी दूरस्थ स्थान पर उपस्थित महसूस कर सकें।
ओउलू विश्वविद्यालय (University of Oulu) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन दूरस्थ स्थानों में लोगों के घूमने के तरीके को बदलकर इस समस्या को हल करने का एक तरीका विकसित किया है। एक कार की तरह रोबोट को लगातार नियंत्रित करने के बजाय, उनका सिस्टम उपयोगकर्ता को एक डिजिटल मैप के भीतर एक नए स्थान पर तुरंत "टेलीपोर्ट" करने की अनुमति देता है। जबकि उपयोगकर्ता इस डिजिटल स्थान में घूम रहा होता है, वास्तविक रोबोट अपने आप उस स्थान तक पहुँच जाता है। चूंकि उपयोगकर्ता रोबोट को उस देरी से जूझते हुए नहीं देख रहा होता है, इसलिए उन्हें उस लैग के कारण होने वाली मोशन सिकनेस महसूस नहीं होती है। शोधकर्ताओं ने इस विचार का परीक्षण दो चरणों में किया, पहले एक पूर्व-निर्मित डिजिटल मानचित्र के साथ और फिर एक ऐसे सिस्टम के साथ जो रोबोट के चलते समय वास्तविक समय (real time) में मानचित्र बनाता है। उनके निष्कर्ष बताते हैं कि यह टेलीपोर्टेशन विधि बीमारी को काफी कम करती है और लोगों को कार्य तेजी से पूरा करने में मदद करती है, भले ही वीडियो कनेक्शन धीमा हो।
समस्या का मूल कारण यह है कि मानव मस्तिष्क गति को कैसे संसाधित (process) करता है। जब कोई व्यक्ति हेडसेट पहनता है और एक रोबोट के घूमने का वीडियो देखता है, तो उसकी आँखें उसके मस्तिष्क को बताती हैं कि वह यात्रा कर रहा है। हालाँकि, उसका आंतरिक कान, जो संतुलन को नियंत्रित करता है, महसूस करता है कि वह स्थिर बैठा है। यह विरोधाभास एक संघर्ष पैदा करता है जिसे मस्तिष्क विषाक्तता (poisoning) के संकेत के रूप में व्याख्या करता है, जिससे मतली और चक्कर आने के लक्षण उत्पन्न होते हैं। यह समस्या विशेष रूप से तब गंभीर हो जाती है जब 360-डिग्री कैमरों का उपयोग करके दूरस्थ रोबोट से वीडियो स्ट्रीम किया जाता है, क्योंकि उच्च-गुणवत्ता वाले वीडियो को भेजने के लिए अधिक डेटा की आवश्यकता होती है, जिससे देरी बढ़ जाती है। वर्णित प्रयोगों में, रोबोट की क्रिया और उपयोगकर्ता द्वारा स्क्रीन पर देखने के बीच की देरी लगभग 1.8 सेकंड मापी गई थी। इस गति पर, जॉयस्टिक के साथ रोबोट को चलाने की कोशिश करना निराशाजनक और शारीरिक रूप से थका देने वाला होता है, जिससे अक्सर खराब प्रदर्शन होता है क्योंकि ऑपरेटर यह अनुमान लगाने के संघर्ष में रहता है कि वीडियो के पीछे आने तक रोबोट कहाँ होगा।
इसे संबोधित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने VEIPE नामक एक प्रणाली पेश की, जिसका अर्थ है 'वर्चुअल एनवायरनमेंट इंटरफेस टू अ फिजिकल एनवायरनमेंट' (Virtual Environment Interface to a Physical Environment)। इस सेटअप में, उपयोगकर्ता सीधे रोबोट को नहीं चलाता है। इसके बजाय, वे अपने हेडसेट के भीतर दूरस्थ कमरे के 3D पुनर्निर्माण (reconstruction) को देखते हैं। यह डिजिटल कमरा वास्तविक कमरे से मेल खाने के लिए बनाया गया है। जब उपयोगकर्ता हिलना चाहता है, तो वह डिजिटल कमरे में फर्श पर एक बिंदु की ओर इशारा करता है और क्लिक करता है। उपयोगकर्ता तुरंत वर्चुअल दुनिया में उस स्थान पर दिखाई देता है, और रोबोट अपने आप वहां जाने लगता है। उस समय के दौरान जब रोबोट दूरी तय कर रहा होता है, उपयोगकर्ता डिजिटल स्थान में रोबोट को चलते हुए देखता है, लेकिन चूंकि उपयोगकर्ता का अपना शरीर नहीं हिल रहा है, इसलिए संवेदी संघर्ष न्यूनतम हो जाता है। एक बार जब रोबोट पहुँच जाता है, तो दृश्य वापस लाइव वीडियो फीड पर बदल जाता है ताकि उपयोगकर्ता वास्तविक दुनिया को स्पष्ट रूप से देख सके।
शोधकर्ताओं ने पहले इस अवधारणा का परीक्षण एक डिजिटल मानचित्र का उपयोग करके किया था जिसे प्रयोग शुरू होने से पहले ही बनाया गया था। उन्होंने प्रतिभागियों को एक कमरे में विशिष्ट वस्तुओं को खोजने के लिए एक रोबोट को नेविगेट करने के लिए कहा, जैसे कि यह जांचना कि क्या दवा की बोतल मौजूद है या कूड़ेदान भरा है। आधे प्रतिभागियों ने पारंपरिक जॉयस्टिक विधि का उपयोग किया, जबकि अन्य आधे ने टेलीपोर्टेशन प्रणाली का उपयोग किया। परिणाम स्पष्ट थे: टेलीपोर्टेशन पद्धति का उपयोग करने वालों ने काफी कम मतली की सूचना दी। मोशन सिकनेस को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले एक मानक पैमाने पर, जॉयस्टिक समूह का स्कोर बहुत अधिक था, जो गंभीर असुविधा को दर्शाता है, जबकि टेलीपोर्टेशन समूह का स्कोर शून्य के करीब था। इसके अलावा, टेलीपोर्टेशन समूह ने समान समय में अधिक नेविगेशन कार्य पूरे किए। उन्होंने मानसिक थकान भी कम महसूस की। प्रतिभागियों ने व्यापक रूप से टेलीपोर्टेशन पद्धति को प्राथमिकता दी, जिनमें से अधिकांश ने कहा कि यदि उन्हें फिर से रोबोट को नियंत्रित करना पड़ा, तो वे इसे ही चुनेंगे।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये परिणाम केवल एक पूर्व-निर्मित मानचित्र का संयोग नहीं हैं, टीम ने एक दूसरा, अधिक चुनौतीपूर्ण अध्ययन आयोजित किया। इस बार, उन्होंने एक ऐसे रोबोट का उपयोग किया जो कमरे को स्कैन करने और चलते समय 3D मानचित्र बनाने में सक्षम था। इसका मतलब था कि डिजिटल वातावरण वास्तविक समय में बनाया जा रहा था, न कि पहले से बनाया गया एक सटीक प्रतिरूप। कार्य अधिक जटिल था, जिसमें बुजुर्गों की देखभाल करने वाले सहायक जैसे वास्तविक दुनिया के परिदृश्य का अनुकरण करने के लिए, बड़े स्थान में लंबी दूरी तय करने के लिए रोबोट की आवश्यकता थी। उच्च गुणवत्ता वाले वीडियो और वास्तविक समय के मानचित्र के लिए आवश्यक प्रोसेसिंग के कारण, इस सेटअप में वीडियो स्ट्रीम में देरी थोड़ी अधिक थी, जिसे 1.8 सेकंड मापा गया।
इस अतिरिक्त जटिलता के बावजूद, टेलीपोर्टेशन पद्धति श्रेष्ठ साबित हुई। वास्तविक समय की प्रणाली का उपयोग करने वाले प्रतिभागियों ने जॉयस्टिक की तुलना में काफी कम मोशन सिकनेस का अनुभव किया, हालांकि पहले अध्ययन की तुलना में समग्र बीमारी का स्कोर थोड़ा अधिक था, जो संभवतः कार्य की लंबी अवधि के कारण था। टेलीपोर्टेशन समूह ने अधिक कार्य सफलतापूर्वक पूरे किए। शोधकर्ताओं ने पाया कि रोब "यात्रा" करने में लगने वाले समय ने उपयोगकर्ता की मार्ग योजना बनाने की क्षमता में बाधा नहीं डाली, क्योंकि उपयोगकर्ता डिजिटल मानचित्र में पूरा रास्ता देख सकता था और गंतव्य पर तुरंत पहुँच सकता था। इसने लैगी वीडियो फीड के माध्यम से स्टीयरिंग करने के संघर्ष को समाप्त कर दिया। 'सब्जेक्टिव वर्कलोड', यानी उपयोगकर्ताओं को काम कितना कठिन लगा, वह भी टेलीपोर्टेशन समूह के लिए काफी कम था।
हालाँकि, अध्ययन ने उपयोगकर्ता की प्राथमिकता के संबंध में एक आश्चर्यजनक सूक्ष्मता का खुलासा किया। जबकि टेलीपोर्टेशन पद्धति वस्तुनिष्ठ रूप से स्वास्थ्य और प्रदर्शन के लिए बेहतर थी, प्रतिभागियों ने सर्वसम्मति से इसे अपना पसंदीदा नहीं चुना। दूसरे अध्ययन में, केवल लगभग दो-तिहाई प्रतिभागियों ने टेलीपोर्टेशन पद्धति को पसंद किया, जबकि शेष ने पारंपरिक जॉयस्टिक को ही चुना। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि कुछ उपयोगकर्ताओं को अधिक नियंत्रण महसूस हुआ जब वे स्वयं रोबोट को मोड़ सकते थे, भले ही इससे उन्हें बीमारी महसूस होती थी। एक प्रतिभागी ने उल्लेख किया कि टेलीपोर्टेशन सिस्टम का उपयोग करते समय वे "विच्छिन्न" (disembodied) महसूस कर रहे थे, और उन्होंने जॉयस्टिक के प्रत्यक्ष जुड़ाव को प्राथमिकता दी। यह सुझाव देता है कि जबकि तकनीक शारीरिक समस्या को हल करती है, प्रत्यक्ष नियंत्रण की मनोवैज्ञानिक इच्छा एक कारक बनी हुई है जिसे डिजाइनरों को ध्यान में रखना चाहिए।
शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि सिस्टम का उपयोग करना कितना आसान था। टेलीपोर्टेशन पद्धति को उपयोगिता (usability) पैमाने पर थोड़ा उच्च स्कोर मिला, लेकिन स्कोर अत्यधिक उच्च नहीं थे। कुछ प्रतिभागियों को निराशा हुई जब रोबोट उस स्थान तक नहीं पहुँच सका जिसे उन्होंने डिजिटल मानचित्र में चुना था, जैसे कि जब वे दीवार या किसी वस्तु के बहुत करीब टेलीपोर्ट हो गए। यह इंगित करता है कि सिस्टम को इस बारे में अधिक स्मार्ट होने की आवश्यकता है कि कौन से स्थान सुलभ हैं, शायद एक स्पष्ट पथ दिखाकर या सुरक्षित क्षेत्रों तक टेलीपोर्टेशन को सीमित करके। इन मामूली उपयोगिता संबंधी समस्याओं के बावजूद, डेटा पुष्टि करता है कि यह तरीका काम करता है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि एक 3D पुनर्निर्मित वातावरण का उपयोग करके रोबोट को टेलीपोर्ट करना उच्च-विलंबता (high-latency) वाले कनेक्शनों की सीमाओं को पार करने का एक व्यवहार्य और प्रभावी तरीका है।
यह कार्य प्रदर्शित करता है कि रिमोट रोबोटिक्स का भविष्य अनिवार्य रूप से देरी को कम करने के लिए तेज़ इंटरनेट या बेहतर कैमरों पर निर्भर नहीं है। इसके बजाय, यह इस बात पर निर्भर हो सकता है कि मनुष्य मशीन के साथ कैसे बातचीत करते हैं। लैगी यात्रा को छोड़कर और गंतव्य पर तुरंत पहुँचने की अनुमति देकर, यह प्रणाली उस संवेदी संघर्ष को हटा देती है जो बीमारी का कारण बनता है। अध्ययन इस बात का पुख्ता सबूत प्रदान करता है कि यह दृष्टिकोण लोगों को धीमी कनेक्शन के बावजूद, अधिक प्रभावी ढंग से और आराम से दूरस्थ वातावरण में नेविगेट करने की अनुमति देता है। हालांकि तकनीक अभी भी पूर्ण नहीं है, और कुछ उपयोगकर्ता अभी भी प्रत्यक्ष नियंत्रण की भावना पसंद करते हैं, परिणाम इस प्रकार के सिस्टम को आम जनता के लिए उपयोगी बनाने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करते हैं। अपने प्रियजन की देखभाल करने या किसी दूरस्थ स्थल का निरीक्षण करने की क्षमता, बिना बीमार महसूस किए, हमारे तत्काल दायरे से परे की दुनिया के साथ बातचीत करने के तरीके को बदल सकती है।
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