Ультразвукові випромінювачі перетворили повітряну кульку на інтерфейс введення-виведення

Японські інженери створили інтерактивний стенд, в якому повітряна кулька виступає як елемент інтерфейсу. Він оточений ультразвуковими випромінювачами, які створюють всередині стенду таке поле тисків, щоб кулька знаходилася або переміщалася в потрібну точку простору. Стаття про розробку була представлена на конференції SIGGRAPH Asia 2020.

В останні роки інженери часто використовують масиви ультразвукових випромінювачів для маніпуляції об'єктами, як правило, для акустичної левітації. Ефект ультразвукової акустичної левітації полягає в тому, що через інтерференцію акустичних хвиль у повітрі утворюються статичні зони з підвищеним і зниженим тиском, і невеликий і легкий предмет може перебувати в зоні зі зниженим тиском, не падаючи вниз. Як правило, акустичну левітацію застосовують для невеликих предметів, найчастіше для полістирольних кульок. Також масиви ультразвукових випромінювачів можна використовувати для створення спрямованого акустичного тиску і маніпуляції великими предметами, в тому числі повітряними кульками.

Ці технології стали розвиватися лише недавно і поки їх майбутнє застосування не до кінця ясно. Багато помітних прототипів у цій області - це об'ємні або псевдообйомні дисплеї, що відображають зображення в повітрі. Також минулого року німецькі інженери представили прототип безконтактного дисплея Брайля, в якому точки формуються завдяки концентрації акустичного тиску.

Інженери Токійського університету під керівництвом Хіроюкі Синоду (Hiroyuki Shinoda) створили на основі ультразвукових випромінювачів прототип пристрій введення-виведення з тактильною віддачею. Прототип являє собою великий стенд з рамою, на якій закріплено 11 масивів ультразвукових випромінювачів (по 249 випромінювачів в кожному). На задній стороні рами (протилежної від користувача) встановлено дві камери: разом вони утворюють стереокамеру, яка в реальному часі відстежує положення повітряної кульки. Алгоритм керування в реальному часі розраховує такі параметри для кожного масиву випромінювачів, щоб всередині стенду утворилося поле тиску, що рухає кульку в потрібне місце.

Автори вибрали в повітряну кульку з гелієм розміром 10 сантиметрів, щоб користувач міг хапати його рукою і перетягувати. Залежно від конкретного застосування це можна використовувати, наприклад, як повзунок прокрутки або як інший елемент інтерфейсу. Також стенд може сам виводити інформацію, переміщуючи кульку. Автори показали, як він може плавно намалювати в повітрі коло.

У 2019 році ця група інженерів вже показувала стенд з ультразвуковими випромінювачами, що переміщують повітряну кульку, але тоді вони використовували більш просту схему з паралельними масивами випромінювачами, яка дає меншу точність і швидкість переміщення кульки. Однак у ній також використовувався проектор, який виводив на поверхню кульки зображення і в реальному часі компенсував його рух.