Padrão de compressão para sensação ao toque publicado
O que JPEG, MP3 e MPEG são para imagens, áudio e vídeo, os codecs táteis servem para transmitir a sensação do tato através da Internet. Após oito anos de trabalho de padronização sob a liderança do consórcio da Universidade Técnica de Munique (TUM), um padrão para compressão e transmissão do sentido do tato foi publicado pela primeira vez sob o nome “Haptic Codecs for the Tactile Internet” (HCTI). Ele estabelece as bases para a telecirurgia, a telecondução e novas experiências de jogos online.
Quando arquivos de áudio ou vídeo são enviados pela Internet, o processo é bastante simples na perspectiva atual: a cada 20 milissegundos, é montado um pacote de dados do qual já são filtradas informações irrelevantes para a visão e audição humanas. Isso reduz a quantidade de dados. As informações são enviadas apenas em uma direção, para o destinatário. Ao transmitir informações táteis, tanto o remetente quanto o receptor desempenham um papel igual. Para alterar a posição de um braço robótico remotamente, por exemplo, o usuário indica essa intenção ao se movimentar. Se a mão no braço do robô agarrar uma bola de tênis, o usuário sentirá isso à distância. A informação deve fluir em ambas as direções. Um ciclo de controle global é criado, com os comandos para o robô no ambiente remoto e o feedback tátil transmitido de volta ao usuário influenciando-se mutuamente. Idealmente, a informação háptica deve agora ser transmitida em um milissegundo, velocidade normalmente usada em interações físicas com robôs.
Para reduzir a quantidade de dados a serem enviados, programas conhecidos como codecs codificam e decodificam dados para transmissão. Isso permite que os dados sejam transmitidos de forma eficiente. “O padrão IEEE 1918.1.1, publicado recentemente pela primeira vez, define um codec como o padrão para transferência tátil de dados”, explica o Prof. Eckehard Steinbach, Chefe da Cátedra de Tecnologia de Mídia da TUM. Regista as sensações dos movimentos, nomeadamente as posições dos membros e das forças que actuam sobre eles, e da sensibilidade da pele, para possibilitar sentir o papel ou o metal, por exemplo. Esses dois codecs hápticos são complementados por um protocolo padronizado para troca de propriedades do dispositivo, conhecido como handshaking, ao estabelecer uma conexão.
Como funciona o HCTI: Até 4.000 pacotes de dados por segundo
Em contraste com os padrões de compressão de imagem, áudio e vídeo, anteriormente era prática comum enviar pacotes de dados em ambas as direções até 4.000 vezes por segundo para a transmissão de informações táteis. “Isso impõe demandas muito altas à rede de comunicação que transporta os pacotes de dados”, explica Steinbach. A vantagem da alta taxa de clock é que a teleoperação é realista e a transmissão é altamente robusta, mesmo se pacotes de dados individuais forem perdidos. Mesmo assim, os pesquisadores querem reduzir a frequência do clock para cerca de 100 vezes por segundo. “Isso está próximo do limiar de percepção humana”, diz Steinbach.
Em 2014, foi lançado um grupo de trabalho dentro da IEEE Standardization Association com pesquisadores do Imperial College London, da Universidade de Nova York de Abu Dhabi (NYU Abu Dhabi), da Universidade de Dalian na China e do Centro Aeroespacial Alemão (DLR), entre outros, sob o liderança do consórcio TUM. O objetivo era desenvolver um padrão para comunicação háptica. “O novo codec é algo como JPEG ou MPEG, apenas para sensação tátil”, explica o Prof. Steinbach, que liderou o grupo de padronização nos últimos oito anos.
Para o novo padrão de compressão, denominado HCTI, os pesquisadores otimizaram tanto o circuito de controle entre o remetente e o receptor quanto a compressão dos dados. A característica crucial: mesmo que os pacotes de dados sejam enviados por longas distâncias, isso não deve ser notado do outro lado da linha. “O controle integrado tem um efeito estabilizador. As forças exercidas por um robô distante, por exemplo, são ligeiramente amortecidas. Superfícies duras parecem mais macias”, diz Steinbach, descrevendo a solução agora padronizada, na qual a Prof. Sandra Hirche e o Prof. da TUM também estiveram envolvidos.
Possíveis aplicações para o padrão tátil
O padrão será de interesse para diversas aplicações futuras:
- Telecirurgia: O novo padrão evita oscilações em distâncias arbitrárias. Isto significa que um robô de sala de operações pode ser controlado tão bem remotamente quanto no local. Especialistas dos principais centros cardíacos de Munique ou Nova York, por exemplo, podem ser chamados para determinadas operações e realizar eles próprios a cirurgia.
- Telecondução: Empresas que trabalham com direção autônoma já oferecem serviços de teleoperação. Os condutores não se sentam ao volante do veículo, mas sim em “centros de condução” a partir dos quais controlam os veículos remotamente.
- Ultrassom na ambulância: Os paramédicos podem prestar primeiros socorros, mas não estão autorizados a realizar imagens de ultrassom. Em situações críticas, isso pode ser feito por um médico a caminho do hospital.
- Indústria de jogos e cinema: HCTI pode aproximar jogos de computador e filmes da realidade e proporcionar sensações convincentes. Um exoesqueleto pode ser usado para transmitir vibrações em um carro ou forças centrífugas em curvas fechadas, por exemplo.
- Compras: Os compradores de roupas on-line não precisarão que os itens sejam enviados para saber como se sentem.
“No caso do JPEG, MP3 e MPEG, muitas aplicações surgiram depois que os padrões se tornaram públicos”, explica o professor Eckehard Steinbach da TUM. “Espero o mesmo dos nossos novos codecs táteis.”
– Trabalhos preparatórios no SFR453: Centro de Investigação Colaborativa: A informação enviada à velocidade da luz através de redes de fibra óptica percorre um máximo de 300 quilómetros num milissegundo. Da Alemanha ao Japão, os dados levariam então 30 milissegundos para viajar. E esse é apenas o tempo de transmissão puro. Outros atrasos são causados pela exibição no dispositivo final e pelos sensores. Pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) e do Instituto de Robótica e Mecatrônica do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) em Oberpfaffenhofen têm trabalhado juntos para reduzir o atraso na transmissão de dados a ponto de não ser perceptível para os humanos, mesmo acima de longas distâncias. No Centro de Pesquisa Colaborativa SFB453, financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG), eles desenvolveram uma nova geração de codecs hápticos em 2008 que reuniam duas coisas – o controle para estabilizar a “teleoperação na presença de atrasos” e o “modelo de percepção compressão baseada em dados táteis”. Esses desenvolvimentos também foram possíveis graças à pesquisa do então professor do DLR Gerhard Hirzinger, cuja equipe tornou gerenciáveis as transmissões de dados entre a estação espacial ISS e a Terra usando um algoritmo de estabilização.