miniatura|Una Head-Mounted display dels anys 80 del segle i guants amb cable al Centre de Recerca Ames de la NASA
La tecnologia hàptica, també coneguda com comunicació cinestèsica o 3D touch, fa referència a qualsevol tecnologia que pugui crear una experiència de tacte aplicant forces, vibracions o moviments a l'usuari. Aquestes tecnologies es poden emprar per crear objectes virtuals en una simulació per ordinador, per controlar objectes virtuals i per millorar el control remot de màquines i dispositius (telerobòtica). Els dispositius hàptics poden incorporar sensors tàctils que mesuren les forces exercides per l'usuari a la interfície. La paraula hàptic, prové del grec ἁπτικός (haptikos), significa "tàctil, relacionat amb el sentit del tacte". Els dispositius hàptics simples són habituals en forma de controladors de joc, palanques de control i volants de direcció.
La tecnologia hàptica facilita la investigació de com funciona el sentit del tacte humà permetent la creació d'objectes virtuals hàptics controlats. La majoria dels investigadors distingeixen tres sistemes sensorials relacionats amb el sentit del tacte en humans: cutani, cinestèsic i hàptic. Totes les percepcions intervingudes per la sensibilitat cutània i cinestèsica s'anomenen percepció tàctil. El sentit del tacte es pot classificar com a passiu i actiu, i el terme "hàptic" sovint s'associa amb el tacte actiu per comunicar o reconèixer objectes.
Història Una de les primeres aplicacions de la tecnologia hàptica va ser en grans avions que utilitzen sistemes de servomecanismes per operar superfícies de control. En avions més lleugers sense servosistemes, a mesura que l'avió s'acostava a una parada, els cops aerodinàmics (vibracions) se sentien als controls del pilot. Aquest va ser un avís útil d'una condició de vol perillosa. Els servosistemes tendeixen a ser "unidireccionals", és a dir, les forces externes aplicades aerodinàmicament a les superfícies de control no es perceben als controls, donant lloc a la manca d'aquesta important indicació sensorial. Aquest va ser un avís útil d'una condició de vol perillosa. Els servosistemes tendeixen a ser "unidireccionals", és a dir, les forces externes aplicades aerodinàmicament a les superfícies de control no es perceben als controls, donant lloc a la manca d'aquesta important indicació sensorial. Es mesura l'angle d'atac i, a mesura que s'acosta el punt crític de pèrdua, s'activa un vibrador de palanca que simula la resposta d'un sistema de control més simple. Alternativament, es pot mesurar la servoforça i dirigir el senyal a un servosistema del control, també conegut com a "informació de força". La informació de força s'ha implementat experimentalment en algunes excavadores i és útil quan s'excava material mixt com ara roques grans incrustades en llim o argila. Permet a l'operador "sentir" i evitar obstacles invisibles.
Als anys 60 del segle , Paul Bach-y-Rita va desenvolupar un sistema de substitució de visió utilitzant una matriu de 20x20 de barres metàl·liques que es podien aixecar i baixar, produint "punts" tàctils anàlegs als píxels d'una pantalla. Les persones assegudes en una cadira equipada amb aquest dispositiu podrien identificar imatges a partir del patró de punts marcats a les seves esquenes.
La primera patent dels EUA per a un telèfon tàctil es va concedir a Thomas D. Shannon el 1973. Un primer sistema de comunicació tàctil home-màquina va ser construït per A. Michael Noll a Bell Telephone Laboratories, Inc. a principis de la dècada de 1970"Man-Machine Tactile Communication," SID Journal, Vol. 1, No. 2, (July/August 1972), p. 5–11. and a patent was issued for his invention in 1975.
miniatura|esquerre|Armilla Aura Interactor|alt=Una foto d'una armilla Aura Interactor El 1994 es va desenvolupar l'armilla Aura Interactor. L'armilla és un dispositiu portàtil de informació de força que monitoritza un senyal d'àudio i utilitza tecnologia d'actuador electromagnètic per convertir les ones sonores greus en vibracions que poden representar accions com un cop de puny o una puntada de peu. L'armilla es connecta a la sortida d'àudio d'un equip estèreo, televisor o VCR i el senyal d'àudio es reprodueix a través d'un altaveu integrat a l'armilla. El 1995, Thomas Massie va desenvolupar el sistema PHANToM (Personal HAptic interface Mechanism). Va utilitzar receptacles semblants a didals a l'extrem dels braços informatitzats en els quals es podien inserir els dits d'una persona, cosa que els permetia "sentir" un objecte a la pantalla d'un ordinador.
El 1995, el noruec Geir Jensen va descriure un dispositiu hàptic rellotge de polsera amb un mecanisme de toc a la pell, anomenat Tap-in. El rellotge de polsera es connectaria a un telèfon mòbil mitjançant Bluetooth, i els patrons de freqüència de tocs permetrien que l'usuari respondre a les trucades amb missatges curts seleccionats.
El 2015 es va llançar l'Apple Watch. Utilitza la detecció del toc de la pell per enviar notificacions i alertes des del telèfon mòbil de l'usuari del rellotge.
Tipus de detecció tàctil mecànica La detecció humana de la càrrega mecànica a la pell està gestionada per mecanoreceptors.Hi ha diversos tipus de mecanoreceptors, però els presents a la punta del dit es classifiquen normalment en dues categories. Acció ràpida (AR) i acció lenta (AL). Els mecanoreceptors AL són sensibles a tensions relativament grans ia freqüències baixes, mentre que els mecanoreceptors AR són sensibles a tensions més petites a freqüències més altes. El resultat d'això és que generalment els sensors AL poden detectar textures amb amplituds superiors a 200 micròmetres i els sensors AR poden detectar textures amb amplituds inferiors a 200 micròmetres fins a aproximadament 1 micròmetre. Tot i que algunes investigacions suggereixen que l'AR només pot detectar textures més petites que la longitud d'ona de l'empremta digital. Els mecanoreceptors AR aconsegueixen aquesta alta resolució de detecció detectant vibracions produïdes per la fricció i una interacció de la textura de l'empremta digital que es mou sobre una textura superficial fina.
Implementació Vibració La majoria de l'electrònica que ofereix resposta hàptica utilitza vibracions, i la majoria utilitzen un tipus de accionador de massa giratòria excèntrica (ERM), que consisteix en un pes desequilibrat connectat a un eix del motor. A mesura que l'eix gira, el gir d'aquesta massa irregular fa que l'actuador i el dispositiu connectat es moguin. Alguns dispositius més nous, com els MacBooks i iPhones d'Apple que compten amb el "Taptic Engine", aconsegueixen les seves vibracions amb un actuador ressonant lineal (LRA), que mou una massa de manera recíproca mitjançant una bobina magnètica, semblant a com els senyals elèctrics de CA es tradueixen en moviment al con d'un altaveu.
Els actuadors piezoelèctrics també s'utilitzen per produir vibracions i ofereixen un moviment encara més precís que els LRA, amb menys soroll i en una plataforma més petita, però requereixen voltatges més alts que els ERM i LRA.
Informació forçada Els dipositius d'informació forçada emprenmotors per manipular el moviment d'un element que té l'usuari.Abeer Bayousuf, Hend S. Al-Khalifa, Abdulmalik Al-Salman (2017) Haptics-Based Systems Characteristics, Classification, and Applications , p.4658, in Khosrow-Pour, D.B.A., Mehdi (Eds., 2017) Encyclopedia of Information Science and Technology, 4a edició, Capítol 404, pàgines 4652-4665 Un ús comú és en videojocs i simuladors de conducció d'automòbils, que fan girar el volant per simular les forces experimentades quan es pren un vehicle real. Les rodes de transmissió directa, introduïdes el 2013, es basen en servomotors i són els volants de curses amb informació forçada més avançades quant a resistència i fidelitat.
El 2007, Novint va llançar el Falcon, el primer dispositiu tàctil 3D de consum amb informació forçada tridimensional d'alta resolució. Això va permetre la simulació hàptica d'objectes, textures, retrocés, impuls i la presència física d'objectes als jocs.
Anells de vòrtex d'aire Els anells de vòrtex d'aire són bosses d'aire en forma de bunyol formades per ràfegues d'aire concentrades. Els vòrtexs d'aire concentrats poden tenir la força d'apagar una espelma o moure els papers a uns pocs metres de distància. Tant Microsoft Research (AirWave) com Disney Research (AIREAL) han utilitzat vòrtexs d'aire per oferir resposta hàptica sense contacte.
Ultrasò Els feixos d'ultrasons enfocats es poden utilitzar per crear una sensació de pressió localitzada en un dit sense tocar cap objecte físic. El punt focal que crea la sensació de pressió es genera controlant individualment la fase i la intensitat de cada transductor en una sèrie de transductors d'ultrasons. Aquests feixos també es poden utilitzar per oferir sensacions de vibració, i donar als usuaris la possibilitat de sentir objectes virtuals en 3D.
Una altra forma de resposta tàctil resulta del tacte actiu quan un humà escaneja (passa el dit per una superfície) per obtenir informació sobre la textura d'una superfície. A través d'aquesta acció es pot recopilar una quantitat important d'informació sobre la textura d'una superfície a escala micromètrica, ja que les vibracions resultants de la fricció i la textura activen els mecanoreceptors a la pell humana. Cap a aquest objectiu es pot fer que les plaques vibrin a una freqüència ultrasònica que redueix la fricció entre la placa i la pell.
Aplicacions Automoció Amb la introducció de grans panells de control de pantalla tàctil als quadres de comandament dels vehicles, la tecnologia de resposta hàptica s'empra per proporcionar confirmació de les ordres tàctils sense necessitat que el conductor deixi la vista de la carretera. Les superfícies de contacte addicionals, com ara el volant o el seient, també poden proporcionar resposta hàptica al conductor, per exemple, un patró de vibració d'advertència quan està a prop d'altres vehicles.
Art Les tecnologies hàptiques s'han explorat en les arts virtuals, com ara la síntesi de so o el disseny gràfic i l'animació. La tecnologia hàptica es va utilitzar per millorar les peces d'art existents a l'exposició Tate Sensorium el 2015. En la creació musical, el fabricant suec de sintetitzadors Teenage Engineering va introduir un mòdul subwoofer hàptic per al seu sintetitzador OP-Z que permet als músics sentir les freqüències baixes directament al seu instrument.
Aviació La informació forçada es pot utilitzar per augmentar l'adhesió a un embolcall de vol segur i, per tant, reduir el risc que els pilots entrin en estats perillosos de vols fora de les fronteres operatives, mantenint l'autoritat final dels pilots i augmentant la seva consciencia situacional.
Medicina i odontologia S'estan desenvolupant interfícies hàptiques per a la simulació mèdica per a la formació en procediments mínimament invasius com la laparoscòpia i radiologia intervencionista, i per formar estudiants d'odontologia. Un Virtual Haptic Back (VHB) es va integrar amb èxit al pla d'estudis de la Universitat d'Ohio College of Osteopathic Medicine. La tecnologia hàptica ha permès el desenvolupament de la cirurgia de telepresència, la qual cosa permet als cirurgians experts operar els pacients a distància. Quan el cirurgià fa una incisió, sent una resposta tàctil i de resistència com si treballés directament sobre el pacient.
La tecnologia hàptica també pot proporcionar informació sensorial per millorar les deficiències relacionades amb l'edat en el control de l'equilibri i prevenir caigudes en la gent gran i amb problemes d'equilibri.
Dispositius mòbils miniatura|Vibramotor of LG Optimus L7 II