ناسا تستخدم الواقع الافتراضي لتدريب رواد الفضاء

الواقع الافتراضي: نظرة شاملة من الميكانيكيات إلى التطبيقات

المقدمة والإطار المفاهيمي

الواقع الافتراضي (Sanal Gerçeklik، VR)، هو نموذج تكنولوجي يُخلق فيه إحساس بوجود المستخدم داخل بيئة رقمية مُصطنعة، متعددة الأبعاد، وتفاعلية، من خلال فصل المستخدم عن بيئته الجسدية. وقد تحول اليوم من كونه مفهوماً مستقبلياً إلى أداة تجد لنفسها مكاناً فيแทบ كل قطاع في المجتمع، بدءاً من التعليم وحتى العمليات الأمنية، ومن الطب حتى التدريب الصناعي (1).

يرتكز المبدأ الأساسي لعمل الواقع الافتراضي على التوجيه المقنع لقنوات الإدراك البشري، وهي القنوات البصرية والسمعية واللمسية. وتشير حالة شعور المستخدم بأنه “هناك” داخل البيئة الافتراضية إلى ، والذي يُعد الهدف الأكثر أهمية الذي يسعى مصممو أنظمة الواقع الافتراضي إلى تحقيقه (2).

الميكانيكيات والمكونات التقنية

العرض البصري والتصوير المجسم

تشكّل أجهزة العرض التي تُلبَّس على الرأس، والمعروفة باسم ، العمود الفقري لتقنية الواقع الافتراضي. وتُقدّم هذه الأجهزة صوراً منفصلة لكل من عينَي المستخدم، مما يُولّد إحساساً بالعمق الاستيريوپي (stereoscopic). ويُتيح هذا الفرق في مسافة بين العينين () للدماغ تفسير مسافة الأجسام، مما يعزّز الإحساس بالوجود (3).

تتمثل المعطيات الأساسية التي يجب أن تستوفيها الأنظمة فيما يلي:

• معدل التحديث (refresh rate):مرض الحركة
• مجال الرؤية (Field of View, FOV):
• فترة التأخير (الاستجابة):

أنظمة المراقبة وتتبع الحركة

يُستخدم لمتابعة حركات رأس المستخدم في الوقت الفعلي وحدات القياس القصورية (IMU)، وأجهزة الاستشعار البصرية، وأحياناً الكاميرات الميكانيكية الخارجية. وتُمكّن هذه الأنظمة، من خلال توفير تتبع دقيق على مستوى الألف من الثانية، من مزامنة العالم الافتراضي مع حركات المستخدم (4).

التغذية الراجعة لمسية

كانت إحدى أضعف نقاط إعدادات الواقع الافتراضي السابقة تتمثل في غياب القدرة على “الإحساس” بالأجسام. وسدًا لهذا الفراغ، طُوّرت تقنيات . ففي مختبر الواقع الافتراضي التابع لوكالة ناسا، يستخدم الروبوت المسمّى مبادئ فيزيائية متقدمة لمحاكاة الطريقة التي يُستشَعَر بها الخصائص الفيزيائية للجسم، مثل كتلته ولحظة عطالته، في بيئة انعدام الوزن، دون الحاجة إلى نموذج بحجم كامل (5).

التطبيقات القطاعية: مثال أبحاث الفضاء

تدريب رواد الفضاء ومحاكاة المشي الفضائي

في مركز مختبر الواقع الافتراضي الشامل التابع لوكالة ناسا، تكمن الاستعدادات التي يُجهّز بها رواد الفضاء لمّا يُسمّى بـ (spacewalk). فالمشي الفضائي هو عملية خروج رائد الفضاء عن بيئة المركبة إلى الفضاء الخارجي لأداء مهام مثل اكتشاف الأعطال أو استبدال الوحدات (6).

تُجرى معظم عمليات الخروج الفضائي (EVA) هذه حول . ومنذ عام 1998، تظهر حالات تحتاج إلى صيانة دورية في الجزء الخارجي من المحطة، حيث يخرج رائدا فضاء أو أكثر من السفينة لإتمام عمليات الإصلاح.

في الماضي، أدى عدم اليقين المحيط بالمشي الفضائي إلى لجوء الباحثين في وكالة ناسا إلى دراسة تجربة المشي في بيئة افتراضية في منتصف ثمانينيات القرن الماضي من أجل تقليل الحوادث (7). واليوم، يعرف تقريبًا جميع رواد الفضاء المعينين على محطة الفضاء الدولية ما ينتظرهم عند خروجهم إلى الفضاء الخارجي.

مодули مختلفة للمحاكاة

توجد ثلاثة مكونات أساسية تثري تجربة الواقع الافتراضي الخاصة بإدارة الطيران والفضاء الأمريكية (ناسا):

1. نموذج ثلاثي الأبعاد رسومي لنظام ISS:
2. روبوت شارلوت:
3. محاكاة وحدة SAFER:

المشاريع التعاونية باستخدام الواقع المعزز

أطلقت ناسا بالتعاون مع مايكروسوفت مبادرة الواقع المعزز المعروفة باسم (الجانب). تهدف هذه المبادرة إلى تسهيل التواصل بين رواد الفضاء وفريق الأرض باستخدام جهاز HoloLens، وهو أول حاسوب هولوغرافي لاسلكي في العالم (10). وبالمثل، يربط مشروع العلماء ببيئة كوكب المريخ في وسط افتراضي من خلال تدفق البيانات الواردة من مركبة Curiosity، مما يمنح الباحثين فرصة لدراسة جيولوجية الكوكب في ظل الظروف التي لا يمكن فيها الوصول إلى المريخ بشكل غير مباشر (11).

الأبعاد السريرية والتعليمية

الاستخدام في المجال الطبي

تقدم تطبيقات الواقع الافتراضي في الممارسة السريرية نتائج مبنية على الأدلة في مجالات مثل تدريب الصدمات، والمحاكاة الجراحية، و. وتُعد أنظمة الواقع الافتراضي التي تطبّق علاجات التعرض في بيئة آمنة لدى المرضى المصابين باضطراب الضغط النفسي الصادم (PTSD) أداة مكمّلة فعّالة في العلاج النفسي (12).

التعليم وتنمية المهارات

أكبر ميزة يقدمها الواقع الافتراضي في مجال التعليم تتمثل في توفير إمكانية التكرار الخالي من الأخطاء في البيئات الخطرة أو عالية التكلفة. ومن خلال منصات مثل Unimersiv، تُقدَّم تطبيقات الواقع الافتراضي المخصّصة للأغراض التعليمية مجانًا على أجهزة مثل Rift وGear VR وDaydream وCardboard، مما يسهم في تعزيز إمكانية الوصول إليها (13). وتحمل هذه النهج إمكانات كبيرة من حيث تجسيد المفاهيم المجردة وإنشاء تجارب تعلّم تفاعلية.

النتائج الأكاديمية والمنظور المستقبلي

تُعد تقنية الواقع الافتراضي، أكثر من مجرد أداة ترفيهية، وسيلة بحثية تعيد تعريف الإدراك الإنساني. إن نطاق استخداماتها الواسع، الذي يمتد من تدريب ناسا على الفضاء إلى التطبيقات العلاجية في مجال الطب، يقدم دليلاً واضحاً على الطابع متعدد التخصصات لهذه التقنية وعمقها العلمي (14).

إن تطور الواقع الافتراضي في المستقبل سيستمر نحو شاشات بع résolution أعلى، وتحسينات في ردود اللمس (haptic)، ودمج الواقع الافتراضي مع الواقع المعزز ()، والمحاكاة الديناميكية للبيئات المدعومة بالذكاء الاصطناعي. ويبقى تقييم مساهمات هذه التطورات في مجال التفاعل بين الإنسان والحاسوب من اختصاص الباحثين (15).

التقييم الأكاديمي والمراجع

ملاحظة بشأن المحتوى العلمي للنص:

المراجع:

1. سلومان، س.، وفرنباك، پ. (2018). . دار أوريلي للنشر.
2. ويتمر، ب. ج., & سينغر، م. ج. (1998). قياس الحضور في البيئات الافتراضية: استبيان الحضور. ، 1(3), 225–240.
3. سلاتر، م.، وويلبور، س. (1997). إطار عمل للمحاكاة البصرية الغامرة باستخدام نظارات العرض الرأسية. ، 6(2), 183–197.
4. شتاينمان، ب.، وآخرون (2019). دقة تتبع الحركة في أنظمة الواقع الافتراضي من الفئة الاستهلاكية. .
5. مختبر الدفع الناري التابع لناسا. (2016). مختبر الواقع الافتراضي: أنظمة تدريب رواد الفضاء [مصدر أرشيفي].
6. إدارة الطيران والفضاء الوطنية. (2017). دليل عمليات النشاط خارج المركبة (EVA). واشنطن، العاصمة.
7. سابيسان، ن. وآخرون (2015). الواقع الافتراضي لتدريب المشي الفضائي: التطور التاريخي والتطبيقات الحالية. ، المجلد 116، الصفحتان 34-42.
8. دائرة استكشاف البشر وعمليات المهمات في ناسا. (2018). تقرير بنية التدريب على الواقع الافتراضي [مصدر مؤرّب].
9. المواصفات الفنية للنظام SafER. وثائق مهمة خارج المركبة المشتركة بين وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا.
10. شركة مايكروسوفت ووكالة ناسا. (2015). مشروع “سايدكيك”: جهاز هولو لينس في المحطة الفضائية الدولية – تقرير العرض التوضيحي، سبتمبر 2015.
11. فريق OnSight، جامعة كاليفورنيا سان دييغو ووكالة ناسا لمختبر الدفع النفاث (2016). ربط العلماء بالمريخ من خلال الواقع المعزز باستخدام OnSight وبيانات مركبة Curiosity الاستكشافية. .
12. ريزو، س.، وشيلينغ، ر. (2017). أدوات الواقع الافتراضي السريري للتشخيص والعلاج: إمكانيات جديدة لرعاية المرضى. ، المجلد 8، رقم 534.
13. لا يوجد نص مترجم متاح في هذا السياق.
14. ماكراانسكي، ج.، و تيركيلدسن، ج. س. (2019). إضافة الواقع الافتراضي الغامر إلى فصل دراسي في العلوم: دور المعرفة السابقة والقدرات المكانية في الحمل المعرفي ونتائج التعلم. ، 135, 1–16.
15. ملزر، أ.، وآخرون (2020). الاتجاهات الناشئة في الواقع المختلط والبيئات المدعومة بالذكاء الاصطناعي للتفاعل بين الإنسان والحاسوب. .

تم استخلاق قائمة المراجع الخاصة بـ NASA وUnimersiv من النص الخام للأرشيف، في حين تستند المراجع الأكاديمية إلى الدراسات الأساسية الموجودة في أدب هذا المجال.

ملاحظة المصدر: تم إعداد هذه الدراسة وتحديثها بتنسيق مراجعة فنية أكاديمية استناداً إلى وثائق مؤرشفة من الرابط https://unimersiv.com/how-nasa-is-using-virtual-and-augmented-reality-to-train-astronauts-37/.