Haptisches Feedback ohne Handschuh für Maker
Das Zeitalter des "Bare-Hand Interaction" in AR/VR beginnt
Die Ära der Bare-Hand Interaction in AR und VR steht vor dem Durchbruch – aber realistisches Feedback war bisher ein Problem. Forscher präsentieren mit dem QuadStretcher eine leichte und geniale Lösung: Ein am Unterarm getragenes Display, das taktile Empfindungen durch gezielte Hautdehnung simuliert.
Das Gerät dehnt die haut des Unterarms um haptisches Feedback zu erzeugen
Taejun Kim
Die Welt der Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) wird immer immersiver, nicht zuletzt dank des rasanten Fortschritts im Hand-Tracking. Die Interaktion mit bloßen Händen ("Bare-Hand Interaction") ist längst keine Zukunftsvision mehr. Doch wie integriert man ein realistisches haptisches Feedback, wenn die Hände frei bleiben müssen und keine Controller oder klobigen Handschuhe getragen werden sollen? Koreanische Forscher präsentierten auf der CHI '24 mit dem QuadStretcher eine elegante und innovative Antwort auf diese Herausforderung.
Das Gerät wird wie eine Manschette am Unterarm getragen und liefert dort ein subtiles, aber wirkungsvolles Hautdehnungs-Feedback (Skin Stretch). Im Kern des QuadStretchers stehen vier voneinander unabhängige Dehneinheiten, die den Umfang des Unterarms umgeben. Um eine kompakte und leichte Bauweise zu ermöglichen, verzichteten die Entwickler auf eine starre, fest auf dem Arm aufliegende Basis. Stattdessen nutzt jede Einheit ein Paar gegenläufig arbeitender Taktoren – kleine Silikonscheiben, die über ein Zahnstangen- und Ritzel-System von Servomotoren synchron angetrieben werden. Diese "Gegendehnung" (Counter-Stretching) reduziert den Platzbedarf erheblich und macht den Prototyp zu einem echten Leichtgewicht von nur 147 Gramm.
Wirksamkeit umfassend evaluiert
Das System konnte nicht nur die Fähigkeit der Nutzer, Kräfte und Spannungen in virtuellen Objekten wahrzunehmen, deutlich verbessern, sondern übertraf auch eine alternative Lösung, den sogenannten "Squeezer," beim Vermitteln von Richtung und Realismus von Kräften. Insbesondere bei komplexen 3-DoF-Szenarien, wie dem Spannen eines Bogens oder dem Schwingen eines virtuellen Tennisschlägers, zahlte sich das taktile Feedback aus. Die Tester konnten beispielsweise unterschiedliche Steifigkeitsgrade mit einer Erkennungsrate von bis zu 94,2 % unterscheiden. In einer Anwendung für virtuelles Bogenschießen verbesserte die haptische Rückmeldung des Geräts die Genauigkeit der Trajektorienvorhersage sogar um 63,3 %.
Technisch ermöglicht der QuadStretcher eine präzise Simulation von Interaktionen, indem er die Haut in Längsrichtung des Arms dehnt und somit physische Empfindungen im Unterarm erzeugt. Das System kommuniziert dabei über eine Unity-Anwendung auf einem PC mit einer Arduino-Steuerung, die die Servo-Motoren präzise ansteuert.
Damit leistet der QuadStretcher einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Gestaltung von AR/VR-Erlebnissen. Er bietet eine ungebundene, freihändige Interaktion und eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen, die von Gaming über industrielle Schulungen bis hin zu Remote-Operationen reichen.
„QuadStretcher“ ist quelloffen auf GitHub verfügbar und Nachfolgeprojekte sind schon in Arbeit. Neben einer kompakteren Bauweise soll das System künftig auch Stoßkräfte simulieren können.
