PHANTOM (laite)

PHANTOM® (myös PHANToM® eli The Personal Haptic Interface Mechanism) on SensAble Technologiesin valmistama tietokoneen haptinen lisälaite, jonka avulla on mahdollista tunnustella virtuaalisia objekteja. PHANTOM-laite on robottikäsivarsi, joka tekee käyttäjän käden liikkeisiin sopivia erittäin tarkkoja vastavoimia luodakseen illuusion siitä että käyttäjä koskettaa PHANTOM:in piirtimellä virtuaalista objektia. Usein virtuaalinen objekti näytetään samaan aikaan myös tietokoneen näytöllä, mikä vahvistaa käyttäjän saamaa aistiharhaa virtuaalisen objektin olemassaolosta. Alun perin PHANTOM-laite tarkoitti vain yhtä tiettyä mallia, mutta uusien mallien ilmestymisen myötä PHANTOM on nykyään tuoteperheen nimi, joka käsittää monta erilaista PHANTOM-laitetta, jotka vaihtelevat koon, suorituskyvyn ja ulkonäön suhteen.

Käyttäjä tunnustelee virtuaalista maapalloa Phantom Desktopilla. Maapallo on myös visualisoitu tietokoneen näytölle.


Historia
Phantom Premium A 1.5

MIT:n Artificial Intelligence Laboratoryssa työskennelleet Thomas Massie ja Dr. Kenneth Salisbury halusivat kehittää laitteen, joka mahdollistaisi tuntointeraktion ihmisen ja virtuaalisen tai fyysisen etäympäristön välillä. [1] Tämän kehityksen seurauksena he rakensivat ensimmäisen PHANTOM-laitteen 1990-luvun alussa. Vuonna 1993 he perustivat Sensable Technologiesin joka jo samana vuonna toimitti ensimmäisen PHANTOM-laitteen asiakkaalle. Vuonna 1995 laitetta oli myyty sata kappaletta, ja vuoteen 2001 mennessä tuhat kappaletta. PHANTOM oli pitkään tavallisen kotikäyttäjän ulottumattomissa korkean hintansa vuoksi, kunnes vuonna 2004 julkaistu PHANTOM Omni pudotti hintatason lähes kymmenen kertaa edeltäjiään alemmaksi.

Laitteistovaatimukset ja tekniikka

PHANTOM:in haptiikkalaskenta tarvitsee paljon suoritusaikaa tietokoneen prosessorilta, minkä vuoksi laitteen kanssa käytetään yleensä tuplaprosessoriarkkitehtuuria, jonka toinen prosessori valjastetaan kokonaan haptiikan käyttöön. Haptiikkasovelluksen ollessa käynnissä PHANTOM:in haptiikkatietoja päivitetään 1000Hz:n nopeudella, joka riittää hyvin realistiseen haptiikkamallinnukseen. [2] Mikäli päivitysnopeus jostakin syystä putoaa huomattavasti alle 1000Hz nopeuteen huomaa käyttäjä tämän voimapalautteen tarkkuuden katoamisena. Laite alkaa tällöin täristä ja nykiä kun käyttäjä koskettaa virtuaalista objektia.

Itse hapitiikkapalaute on toteutettu sähkömoottorien ja vaijerien avulla. Kun PHANTOMille annetaan käsky että piirrin koskettaa virtuaaliseen objektiin niin sähkömoottorit antavat tarkkaan lasketun voimapalautteen, joka välitetään piirtimelle vaijereiden avulla.[1] Näin syntyy realistisen oloinen tuntemus siitä että piirrin koskettaisi johonkin objektiin. Piirtimen tilalle voi myös vaihtaa nuppi- taikka sormustinmallisen pidikkeen, mutta vain kynänkaltaisessa pidikkeessä on nappi. Nappi on täysin ohjelmoitavissa käyttäjän tarpeiden mukaan. PHANTOM-laitteen ohjelmoitiin on saatavilla useita ohjelmointirajapintoja kuten: GHOST SDK, Reachin API ja H3D, CHAI 3D.

Käyttökohteet
  • PHANTOMin yleisimmät käyttökohteet ovat:
  • Leikkaus-, ja tähystyssimulaatiot lääketieteessä. Nämä auttavat lääketieteenopiskelijoita saamaan tietoa, siitä miltä jotkin tietyt kohdat kehossa tuntuvat, jo ennen kuin he operoivat aitoa ruumista. Lisäksi simulaatiot kehittävät operaatiossa tarvittavaa motoriikkaa.[3]
  • 3D-mallinnus, virtuaalinen kuvanveisto (virtual sculpting).
  • Datan visualisoinnissa. PHANTOM antaa lisää ulottuvuuksia havaittavaksi samalla kertaa kun näköpalautteen rinnalle saadaan myös haptinen palaute.
  • Nanokoneiden ohjaus. PHANTOMin avulla voidaan esimerkiksi siirrellä atomeja ja saada niiden raahaamisesta tuntopalautetta.[4]


Lähteet
  1. Thomas H. Massie and J. K. Salisbury.: The PHANTOM Haptic Interface: A Device for Probing Virtual Objects. Proceedings of the ASME Winter Annual Meeting, Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, 1994.
  2. Murat Cenk Çavusoglu, David Feygin, Frank Tendick: A Critical Study of the Mechanical and Electrical Properties of the PHANToM Haptic Interface and Improvements for High Performance Control. Presence, 2002, nro 6.
  3. Riener, R. Frey, M. Proll, T. Regenfelder, F. Burgkart, R.: Phantom-based multimodal interactions for medical education and training: the Munich knee joint simulator. Information Technology in Biomedicine, 2004, nro 2, s. 208-216.
  4. Sharma G., Mavroidis C., Ferreira A.: Handbook of Theoretical and Computational Nanotechnology. American Scientific Publishers, 2005.

    Lisätietoa
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.