สัมผัสพื้นผิวจริงผ่านหน้าจอด้วย VoxeLite แผ่นแปะนิ้วที่ทำให้ Touchscreen ‘มีผิวสัมผัสจริง’

จะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถ ‘สัมผัส’ และรู้สึกถึงพื้นผิวของสิ่งที่อยู่บนหน้าจอสมาร์ทโฟนได้จริง ๆ ? ทีมนักวิศวกรจาก Northwestern University ได้เปิดตัว VoxeLite แผ่นแปะปลายนิ้วบางเฉียบ น้ำหนักไม่ถึง 1 กรัม ที่สามารถจำลองผิวสัมผัสได้ด้วย ‘ความละเอียดระดับมนุษย์’ (Human Resolution) นี่คือครั้งแรกที่อุปกรณ์ Haptic ที่ทำงานผ่านหน้าจอสัมผัส สามารถส่งต่อความรู้สึกได้ใกล้เคียงกับปลายนิ้วจริงอย่างแท้จริง

VoxeLite ถูกออกแบบมาให้พันรอบปลายนิ้วคล้ายผ้าพันแผล เพื่อสร้างประสบการณ์การสัมผัสดิจิทัลที่สมจริง ทั้งในมิติของ ความละเอียดเชิงพื้นที่ (Spatial Resolution) และ ความละเอียดเชิงเวลา (Temporal Resolution)

ทำไม ‘เทคโนโลยีด้านการสัมผัส’ ถึงยังตามหลังภาพและเสียงหลายสิบปี?

แม้จอภาพจะคมชัดขึ้นเรื่อย ๆ และระบบเสียงสมจริงจนใกล้เคียงธรรมชาติ แต่ ‘เทคโนโลยีด้านการสัมผัส’ ยังตามหลังอยู่มาก ระบบ Haptic ส่วนใหญ่ที่เราใช้กันทุกวันนี้ มักเป็นเพียงการสั่นของสมาร์ทโฟนแบบง่าย ๆ ที่ไม่สามารถถ่ายทอดรายละเอียดซับซ้อนที่ปลายนิ้วมนุษย์รับรู้ได้

สาเหตุสำคัญคือ ผิวหนังของเรามีความละเอียดสูงมาก ทั้งในด้าน ตำแหน่งที่สามารถแยกแยะจุดสัมผัสได้ (Spatial Resolution) และความเร็วในการรับรู้การเปลี่ยนแปลงของแรงหรือพื้นผิว (Temporal Resolution) การออกแบบอุปกรณ์ให้ส่งผ่านสัมผัสได้แบบจุดต่อจุด จึงเป็นโจทย์ที่ยากมากในโลกของ Haptics

ลองนึกถึงภาพยนตร์เก่า ๆ ที่จำนวนเฟรมต่อวินาทีต่ำมากจนภาพเคลื่อนไหวดูติดขัด นั่นคือความละเอียดเชิงเวลาที่ต่ำ หรือลองนึกถึงจอคอมพิวเตอร์ยุคแรก ๆ ที่ภาพแตกเป็นพิกเซล นั่นคือความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ต่ำ ปัญหาเหล่านี้ถูกแก้ไขแล้วสำหรับจอแสดงผลกราฟิก แต่สำหรับจอแสดงผลสัมผัสนั้นยังห่างไกล

ศาสตราจารย์ J. Edward Colgate ผู้บุกเบิกด้าน Haptics และผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยกล่าว

เมื่อการสัมผัสถูกจำลองเป็น ‘พิกเซล’

จุดเปลี่ยนสำคัญของ VoxeLite คือการเปลี่ยนแรงสัมผัส ให้ทำงานเหมือน ‘พิกเซลของภาพ’ บนแผ่นลาเท็กซ์บางเฉียบ ทีมวิจัยได้ฝัง โหนดสัมผัสขนาดเล็ก (Pixels of Touch) จำนวนมาก ซึ่งแต่ละโหนดสามารถควบคุมแยกจากกันได้อย่างอิสระ โหนดเหล่านี้สามารถกด สั่น และเอียงได้ด้วยความเร็วสูงถึง 800 ครั้งต่อวินาที ครอบคลุมเกือบทุกช่วงความถี่ที่ตัวรับสัมผัสของมนุษย์สามารถตรวจจับได้ ส่งผลให้สร้างรูปแบบสัมผัสที่แม่นยำและสมจริงบนผิวหนังได้

โหนดแต่ละตัวใช้หลักการ Electroadhesion หรือแรงยึดเกาะไฟฟ้าสถิตแบบเดียวกับที่ทำให้ลูกโป่งติดผนัง โดยโหนดประกอบด้วยโดมยางนุ่ม ๆ ชั้นนอกที่เป็นตัวนำไฟฟ้า และขั้วไฟฟ้าที่ซ่อนอยู่ภายใน เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้า โหนดจะเกาะกับพื้นผิวและเอียงเข้าหาผิวหนัง เกิดเป็นแรงกดเฉพาะจุด ใกล้เคียงกับแรงที่ปลายนิ้วรู้สึกเวลาแตะวัตถุจริง

โหนดแต่ละตัวใช้หลักการ Electroadhesion หรือแรงยึดเกาะไฟฟ้าสถิตแบบเดียวกับที่ทำให้ลูกโป่งติดผนัง โดยโหนดประกอบด้วยโดมยางนุ่ม ๆ ชั้นนอกที่เป็นตัวนำไฟฟ้า และขั้วไฟฟ้าที่ซ่อนอยู่ภายใน เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้า โหนดจะเกาะกับพื้นผิวและเอียงเข้าหาผิวหนัง เกิดเป็นแรงกดเฉพาะจุด ใกล้เคียงกับแรงที่ปลายนิ้วรู้สึกเวลาแตะวัตถุจริง

ทำอย่างไรให้ส่งสัมผัสใกล้เคียงปลายนิ้วจริงมากที่สุด?

Sylvia Tan นักศึกษาระดับปริญญาเอกและผู้นำการวิจัยนี้อธิบายว่า หัวใจสำคัญของการทำให้อุปกรณ์ส่งสัมผัสได้เหมือนจริง คือ การจัดระยะและความหนาแน่นของโหนด

“ถ้าโหนดอยู่ใกล้กันเกินไป ร่างกายจะรับรู้เป็นจุดเดียว แต่ถ้าอยู่ห่างกันเกินไป ก็จำลองรายละเอียดเล็ก ๆ ไม่ได้” ทีมวิจัยพบว่า ระยะประมาณ 1 มิลลิเมตร คือจุดที่ใกล้เคียงกับความสามารถในการจำแนกรายละเอียดของปลายนิ้วมนุษย์มากที่สุด ช่วยให้ VoxeLite สร้างลวดลายและพื้นผิวเสมือนที่สมองแปลผลออกมาเป็นสัมผัสที่เสมือนจริง

VoxeLite ทำงานในสองโหมด

1. โหมด Active Mode: เมื่อผู้ใช้ลากนิ้วบนพื้นผิวเรียบ เช่น หน้าจอสมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ต โหนดแต่ละตัวจะเอียงและกดผิวหนังอย่างรวดเร็ว สูงสุดถึง 800 ครั้งต่อวินาที เพื่อสร้างสัมผัสที่ตรงกับพื้นผิวเสมือนจริง เช่น ความสากของหนัง ลายเส้นของผ้าลูกฟูก หรือพื้นผิวที่มีลอนและทิศทางชัดเจน
2. โหมด Passive Mode: เพราะ VoxeLite บางเฉียบ นุ่ม และแนบไปกับผิว ทำให้ผู้ใช้ยังคงรู้สึกสัมผัสจริงได้ตามปกติ ราวกับไม่ได้สวมอุปกรณ์อยู่เลย อุปกรณ์จึงไม่รบกวนการทำงานในโลกจริง และไม่ปิดกั้นการรับรู้สัมผัสตามธรรมชาติ ทำให้ผู้ใช้สามารถสลับไปมาระหว่างประสบการณ์จริงและดิจิทัลได้อย่างลื่นไหล

ในการทดลอง ผู้เข้าร่วมที่สวม VoxeLite สามารถจำแนกพื้นผิวเสมือน เช่น หนัง, ผ้าลูกฟูก และผ้าเทอร์รี่ ได้อย่างแม่นยำถึง 81% และสามารถระบุรูปแบบทิศทาง (ขึ้น, ลง, ซ้าย, ขวา) ได้ด้วยความแม่นยำสูงถึง 87%

ทีมวิจัยมองเห็นอนาคตที่ VoxeLite อาจกลายเป็นอุปกรณ์สวมใส่พื้นฐานเหมือนหูฟังบลูทูธ เปลี่ยนหน้าจอเรียบ ๆ ให้กลายเป็นอินเทอร์เฟซที่มีพื้นผิวให้สัมผัสได้จริง เปิดประตูไปสู่ประสบการณ์ใหม่ ๆ เช่น การสัมผัสเนื้อผ้าก่อนการซื้อออนไลน์ แผนที่แบบสัมผัสสำหรับผู้บกพร่องทางการมองเห็น หรือเกมที่ผู้เล่นสามารถรู้สึก ถึงก้อนหินขรุขระ เชือกตึง หรือพื้นผิวเสมือนอื่น ๆ ได้อย่างสมจริง

อ้างอิง: Neuroscience News