Обман рецепторів дозволив VR-шолому передати тепло і холод через ніс

Американські інженери розробили насадку на VR-шоломи, завдяки якій користувач може відчувати тепло і холод. Незважаючи на ефект, вона фізично не змінює температуру тіла людини - замість цього вона вдуває в ніс капсаїцин і аналог ментолу цинеол, які активують рецептори температури і тим самим обманюють трійничний нерв, змушуючи його передавати в мозок сигнали про зміну температури. Оскільки цинеол, на відміну від капсаїцину, має власний м'ятний запах, пристрій може додавати у видуване повітря ще кілька маскуючих речовин. Розробка була представлена на конференції CHI 2020, а її автори отримали нагороду за кращу статтю.

Пристрої віртуальної реальності, як правило, охоплюють не весь спектр почуттів людини, а лише зір і слух. Через це користувач перебуває в проміжному стані, в якому він отримує інформацію як з реальності, так і з віртуального світу. Інженери давно працюють над тим, щоб згладити цю невідповідність у сигналах від різних органів, винаходячи пристрої для імітації того чи іншого відчуття. Зазвичай вони використовують самий прямий підхід: наприклад, якщо необхідно імітувати опір віртуального предмета, для цього використовують пропелери, що тиснуть на руку.

Педро Лопес (Pedro Lopes) разом зі своїми колегами з Чиказького університету вибрав у новій розробці інший підхід, при якому пристрій використовує природні нервові механізми для більш реалістичної імітації. Вони використовували не пряме нагрівання частин тіла або обличчя, а особливості роботи рецепторів тепла. Справа в тому, що за відчуття холоду або тепла у людини відповідають іонні канали транзиторного рецепторного потенціалу (TRP). Їх основна функція полягає в тому, що вони активуються і відкривають канал для іонів при досягненні порогової температури: рецептор TRPM8 активується при температурі 25 градусів Цельсія і нижче, а TRPV1 при температурі 42 градуси і вище. Після активації сигнали від рецепторів відправляються по трійничному нерву в мозок і людина відчуває холод або тепло.

Але ці ж рецептори можна активувати і певними речовинами: TRPV1 активується капсаїцином, а TRPM8 ментолом і кількома іншими речовинами. Саме тому гострий перець здається нам гарячим, а м'ятні цукерки - навпаки, холодними. Інженери використовували цей принцип для створення відчуття тепла і холоду в VR-шоломі. Для цього в насадці на шолом є невеликі насоси і баночки з рідинами. Розпилювач, що йде від насосів, розташовується прямо під носом і вдуває речовини по команді.

Для імітації тепла автори використовували капсаїцин. Він майже ідеально підходить для цього завдання, тому що надає сильний ефект, але при цьому не має власного запаху. Імітація холоду влаштована складніше. Найсильніший ефект на рецептори TRPM8 надає ментол, але він має сильний запах. Замість нього інженери випробували кілька інших схожих речовин і зупинилися на цинеолі, який міститься в евкаліпті. Його запах набагато менш інтенсивний, ніж у ментола, але все ж помітний, тому розробники додали третю баночку і насос. Вони дозволяють домішувати до цинеолу суміш, яку автори назвали «рожевим запахом» за аналогією з рожевим шумом в акустиці та електротехніці. Суміш складається з семи компонентів, які мають різні сильні запахи. Через такий склад людина відразу може відчути запах, але не може розрізнити, який саме. Це дозволяє приховувати за цим запахом цинеол.

Розробники протестували пристрій на добровольцях, які надягали VR-шолом і потрапляли в місця з різним кліматом або температурою. Порівняння з вимкненою нюхливою стимуляцією показало, що імітація холоду і тепла за допомогою речовин дала статистично значимо більший ефект.

Інженери, які розробляють пристрої для віртуальної реальності, раніше використовували інші види стимуляції органів почуттів або особливості роботи мозку для посилення реалістичності віртуального світу. Наприклад, американські розробники навчили VR-шолом відстежувати саккади і в ці моменти трохи повертати світ навколо користувача, щоб він міг вміститися в невеликій реальній кімнаті, але при цьому відчувати, ніби пройшов велику відстань у віртуальному світі. Також розробники використовують пряму електростимуляцію: деякі таким чином імітують зіткнення зі стінами, а інші обманюють вестибулярний апарат.