Transmitiendo el sentido del tacto a través de internet

Lo que JPEG, MP3 y MPEG son para imágenes, audio y vídeo, los códecs hápticos lo son para transmitir el sentido del tacto a través de Internet.

Después de ocho años de trabajo de estandarización bajo el liderazgo del consorcio de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), se ha creado un estándar para la compresión y transmisión del sentido del tacto. publicado Por primera vez bajo el nombre de «Haptic Codecs for the Tactile Internet» (HCTI), sienta las bases para la telecirugía, la teleconducción y nuevas experiencias de juego en línea.

El proceso de envío de archivos de audio o vídeo a través de Internet es muy sencillo desde el punto de vista actual: cada 20 milisegundos se crea un paquete de datos del que se ha eliminado la información irrelevante para la vista y el oído humanos. Esto reduce la cantidad de datos, ya que la información se envía en una sola dirección: al destinatario.

En la transmisión de información háptica, tanto el emisor como el receptor desempeñan un papel equivalente. Por ejemplo, para cambiar la posición de un brazo robótico a distancia, el usuario indica su intención mediante un movimiento. Si la mano del brazo robótico agarra una pelota de tenis, el usuario lo percibe a distancia. La información debe fluir en ambas direcciones.

Se crea un bucle de control global en el que los comandos enviados al robot en el entorno remoto y la retroalimentación háptica transmitida al usuario se influyen mutuamente. Lo ideal es que la información háptica se transmita en un milisegundo, una velocidad que se utiliza habitualmente en las interacciones físicas con robots.

Para reducir la cantidad de datos que se deben enviar, los programas denominados códecs codifican y descodifican los datos para su transmisión. De este modo, se puede transmitir la información de forma eficiente. «El estándar IEEE 1918.1.1, publicado recientemente por primera vez, define un códec como el estándar para la transmisión de datos táctiles», explica el profesor Eckehard Steinbach, director de la cátedra de tecnología de medios de la TUM.

Registra las sensaciones de movimiento, es decir, la posición de las extremidades y las fuerzas que actúan sobre ellas, y la sensibilidad de la piel, para poder sentir, por ejemplo, el papel o el metal. Estos dos códecs hápticos se complementan con un protocolo estandarizado para intercambiar las propiedades del dispositivo, conocido como handshaking, al establecer una conexión.

Cómo funciona HCTI: hasta 4000 paquetes de datos por segundo

A diferencia de los estándares de compresión de imágenes, audio y vídeo, antes era una práctica común enviar paquetes de datos en ambas direcciones hasta 4.000 veces por segundo para la transmisión de información táctil.

«Esto supone unas exigencias muy elevadas para la red de comunicaciones que transporta los paquetes de datos», explica Steinbach. La ventaja de la alta frecuencia de reloj es que la teleoperación es realista y la transmisión es muy robusta, incluso si se pierden paquetes de datos individuales. No obstante, los investigadores quieren reducir la frecuencia de reloj a unas 100 veces por segundo. «Eso está cerca del umbral de percepción humana», afirma Steinbach.

En 2014, se creó un grupo de trabajo dentro de la IEEE Standardization Association con investigadores del Imperial College London, la New York University of Abu Dhabi (NYU Abu Dhabi), la Dalian University en China y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), entre otros, bajo el liderazgo del consorcio de la TUM. El objetivo era desarrollar un estándar para la comunicación háptica.

«El nuevo códec es algo así como JPEG o MPEG, sólo que para háptica», explica el profesor Steinbach, que ha dirigido el grupo de estandarización durante los últimos ocho años.

Para el nuevo estándar de compresión, denominado HCTI, los investigadores han optimizado tanto el circuito de control entre el emisor y el receptor como la compresión de los datos. La característica fundamental es que, incluso si los paquetes de datos se envían a grandes distancias, esto no debería notarse en el otro extremo de la línea.

«El control integrado tiene un efecto estabilizador. Las fuerzas ejercidas por un robot que se encuentra a distancia, por ejemplo, se amortiguan ligeramente. Las superficies duras se sienten más suaves», explica Steinbach al describir la solución ahora estandarizada, en la que también participaron los profesores Sandra Hirche y Martin Buss de la TUM.

Posibles aplicaciones del estándar táctil

La norma será de interés para diversas aplicaciones futuras:

• Cirugía a distancia: el nuevo estándar evita oscilaciones en distancias arbitrarias, lo que permite controlar un robot de quirófano con la misma facilidad a distancia que in situ. Por ejemplo, para determinadas operaciones pueden acudir expertos de los principales centros de cardiología de Múnich o Nueva York y realizar ellos mismos la operación.
• Teleconducción: Las empresas que trabajan en el ámbito de la conducción autónoma ya ofrecen servicios de teleoperación. Los conductores no se sientan al volante del vehículo, sino en «centros de conducción» desde los que controlan los vehículos a distancia.
• Ecografía en ambulancia: Los paramédicos pueden brindar primeros auxilios, pero no están autorizados a tomar imágenes ecográficas. En situaciones críticas, esto puede hacerlo un médico mientras se dirige al hospital.
• Industria cinematográfica y de videojuegos: la tecnología HCTI puede acercar los videojuegos y las películas a la realidad y ofrecer sensaciones convincentes. Un exoesqueleto puede utilizarse para transmitir vibraciones en un coche o fuerzas centrífugas en curvas cerradas, por ejemplo.
• Compras: Los compradores de ropa en línea no necesitarán que les envíen los artículos para saber cómo se sienten.

«En el caso de JPEG, MP3 y MPEG, muchas aplicaciones surgieron después de que los estándares se hicieran públicos», explica el profesor Eckehard Steinbach de la TUM. «Espero lo mismo de nuestros nuevos códecs hápticos».