NASA käyttää virtuaalitodellisuutta astronauttien kouluttamiseen

Virtuaalitodellisuus: Kattava näkymä mekanismeista sovelluksiin

Johdanto ja käsitteellinen viitekehys

Virtuaalitodellisuus (Sanal Gerçeklik, VR) on teknologinen paradigma, joka luo käyttäjään tunteen siitä, että hän on olemassa digitaalisesti tuotetussa, moniulotteisessa ja interaktiivisessä ympäristössä katkaisemalla hänet fyysisestä ympäristöstään. Nykyään se on muuttunut futuristisesta käsitästä välineeksi, joka on löytänyt paikkansa lähes kaikista yhteiskunnan niisistä koulutuksesta turvallisuusoperaatioihin ja lääketieteestä teolliseen koulutukseen (1).

VR:n perustavanlaatuisen toimintaperiaatteen muodostaa ihmisen aistien visuaalisten, auditoristen ja tuntoaistillisten kanavien vakuuttava ohjaaminen. Tilanne, jossa käyttäjä kokee olevansa “siellä” virtuaaliympäristössä, viittaa , jota pidetään VR-järjestelmien suunnittelussa tärkeimpänä tavoiteltavana kohteena (2).

Mekaaniset koneistukset ja osat

Kuvanäyttö ja stereoskooppinen kuvantaminen

VR-järjestelmän selkärankaa muodostavat -nimiset päälaitteet. Nämä laitteet luovat stereoskooppisen syvyysaistimuksen näyttämällä käyttäjän molemmille silmille erilliset kuvat. Tämä silmien välinen ero () mahdollistaa aivojen tulkita kohteiden etäisyyden ja vahvistaa olemassaolontunnetta (3).

Systeemien on täytettävä seuraavat perusparametrit:

• Päivitystaajuus (refresh rate):motion sickness
• Alueen näkökenttä (Field of View, FOV):
• Viive (latenssi):

Seurantasysteemit ja liikeseuranta

Käyttäjän pään liikkeitä seurataan reaaliajassa käyttämällä, optisia antureita ja joskus ulkoisia mekaanisia kameroita. Nämä järjestelmät mahdollistavat virtuaalimaailman synkronoinin käyttäjän liikkeiden kanssa tarjoamalla hienostunutta seurantaa alamilisekunnin tarkkuudella (4).

Kosketuspalaute (Haptic Feedback)

Aiempien VR-asetelmien heikoin puoli oli esineiden “tuntuminen” -kyvyn puute. Tämän aukon sulkemiseksi on kehitetty -teknologioita. NASA:n virtuaalitodellisuuslaboratoriossa käytettävä -robotti simuloi mikroygravity-ympäristössä esineen massan ja inertiahitauksen kaltaisia fyysisiä ominaisuuksia kehittymällä fysiikalla, mutta ei tarvitse täysikokoista mallia (5).

Sektorikohtaiset sovellukset: Avaruustutkimuksen esimerkki

Astronauttien koulutus ja avaruuskävelyn simulointi

NASA:n kattavan VR-laboratorion keskipisteessä on astronauttien -nimisiin avaruuskävelyihin valmistautuminen. Spacewalk tarkoittaa sitä, että astronautti poistuu aluksen sisätiloista ja lähtee avaruuteen suorittaakseen tehtäviä, kuten vianetsintää tai moduilin vaihtoa (6).

Tilan avaruuksissa suoritettavat useat nämä operaatiot -avaruusaseman ympärillä suoritetaan. Vuodesta 1998 lähtien avaruudessa olevan ISS:n ulkopuolella ilmenee jaksottaisia huoltoa vaativia tilanteita; tässä kahdesta tai useammasta astronautista poistuu aluksesta ja suorittaa korjaustoimenpiteen loppuun.

Menneillään avaruuskävelyn epävarmuus sai NASAn tutkijat tutkimaan virtuaaliympäristössä suoritettavia kävelykokeita 1980-luvun puolivälissä onnettomuuksien vähentämiseksi (7). Nykyään lähes kaikki ISS:ään sijoitetut astronautit tietävät, mitä heiltä odotetaan, kun he lähtevät ulos.

Erilaisia simulaatiomoduuleja

NASAn virtuaalitodellisuuskokemuksen rikastavat kolme perustavaa osa-ainetta:

1. Grafiksel 3D ISS-malli:
2. Charlotte-robotti:
3. SAFER-buubin simulaatio:

Yhteistyöhön perustuvat lisätyn todellisuuden projektit

NASA on työstanut Microsoftin kanssa -nimisen lisätyn todellisuuden hankkeen. Tämän projektin tavoitteena on helpottaa astronauttien ja maaperän välistä viestintää käyttämällä HoloLens-iä, maailman ensimmäistä langatonta holografista tietokonetta (10). Vastaavasti -hanke yhdistää tiedemiehet Marsin virtuaaliseen ympäristöön hyödyntämällä Curiosity-avaruusluotaimesta tulevia datavirtoja, ja antaa tutkijoille mahdollisuuden tutkia planeetan geologiaa tilanteessa, jossa fyysinen saapuminen Marsiin ei ole mahdollista (11).

Klinikin ja koulutuksen ulkoasut

Käyttö lääketieteessä

VR:n kliiniset sovellukset tuovat esiin todisteisiin perustuvia tuloksia sellaisilla aloilla kuin traumakoulutus, kirurginen simulaatio ja . Virtual reality -järjestelmät, jotka toteuttavat altistusterapioita turvallisessa ympäristössä traumatistressihäiriöstä (TSB) kärsivillä potilailla, katsotaan vaikuttavaksi täydentäväksi välineeksi psykoterapian yhteydessä (12).

Koulutus ja taitojen kehittäminen

VR-teknologian suurin etu koulutuksessa on virheettömän toistamisen mahdollistaminen riskillisissä tai kalliissa ympäristöissä. Sellaiset alustat kuin Unimersiv tarjoavat koulutustarkoituksiin suunniteltuja VR-sovelluksia ilmaiseksi sellaisilla laitteilla kuin Rift, Gear VR, Daydream ja Cardboard, mikä lisää niiden saavutettavuutta (13). Tämä lähestymistapa tarjoaa suurta potentiaalia abstraktien käsitteiden konkreettistamisessa ja interaktiivisten oppimiskokemusten luomisessa.

Tuntematon virhe.

Virtuaalitodellisuuden teknologia on muuttunut pelkästään viihdeteollisuuden rajojen yli ihmisen aistien uudelleentunnistamiseksi tarkoitetuksi tutkimusvälineeksi. NASA:n avaruuskoulutuksesta lääketieteen terapeuttisiin sovelluksiin ulottuva laaja käyttöalue osoittaa selkeästi tämän teknologian monitieteisen rakenteen ja tieteellisen syvyyden (14).

Tulevaisuudessa VR:n kehitys etenee korkeampana erottelukykyinä näytteinä, parantuneina kosketuspalautteina, lisätyn todellisuuden ja virtuaalitodellisuuden integrointina () sekä tekoälypohjaisina dynaamisina ympäristön simulaatioina. Näiden kehityskulkujen vaikutuksia ihmisen ja tietokoneen väliseen vuorovaikutukseen tutkijoiden on jatkettava arviointia (15).

Akademik Değerlendirme ve Kaynakça

Nota liittyen metnin tieteelliseen sisältöön:

Lähteet:

1. Sloman, S., & Fernback, P. (2018). . O’Reilly Media.
2. Witmer, B. G., & Singer, M. J. (1998). Läsnäolon mittaaminen virtuaaliympäristöissä: Presence-kysely. , 1(3), 225–240.
3. Slater, M., & Wilbur, S. (1997). Runko immersiivisille visuaalisille simulaatioille HMD-laitteella. , 6(2), 183–197.
4. Steinman, B. ym. (2019). Päänseurannan tarkkuus kuluttajatasoisissa VR-järjestelmissä. .
5. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2016). Virtuaalitodisuuden laboratorio: Astronauttien koulutusjärjestelmät [arkistoitu lähde].
6. National Aeronautics ja Space Administration. (2017). Ulkoilutoiminnan (EVA) käyttöohjekirja. Washington, D.C.
7. Sabesan, N., et al. (2015). Virtuaalitodellisuus avaruusvaellusten koulutuksessa: historiallinen kehitys ja nykykäytännöt. , 116, 34–42.
8. NASA:n ihmisten tutkimus- ja operaatiotehtävistä vastaava direktoraatti. (2018). VR-koulutuksen infrastruktuuriraportti [arhivoitu lähde].
9. SafER-järjestelmän tekninen spesificaatio. Euroopan avaruusjärjestön ja NASAn yhteinen EVA-dokumentaatio.
10. Microsoft Corporation & NASA. (2015). Project Sidekick: HoloLens kansainvälisellä avaruusasemalla — Demonstraatioraportti syyskuu 2015.
11. OnSight-tiimi, Kalifornian yliopisto San Diegossa & NASA JPL. (2016). Tieteilijöiden yhdistäminen Marseen lisätyn todellisuuden avulla OnSight- ja Curiosity-vaikuridatasta. .
12. Rizzo, S., & Shilling, R. (2017). Kliiniset virtuaalitodellisuuden työkalut diagnoosiin ja hoitoon: Uudet mahdollisuudet potilaan hoitoon. , 8, 534.
13. Unimersiv-alustan dokumentaatio. VR-koulutussovellukset [arkistolähde].
14. Makransky, G., & Terkildsen, G. S. (2019). Immerstiivisen virtuaalitodellisuuden lisääminen tiedeopetukseen: aikaisemman tiedon ja avaruudellisen kyvyn rooli kognitiivisessa kuormituksessa ja oppimistuloksissa. , 135, 1–16.
15. Melzer, A., et al. (2020). Uudet suuntaukset sekarealudessa ja tekoälyyn perustuvissa ympäristöissä ihmisen ja tietokoneen välisessä vuorovaikutuksessa. .

Kaynakça listesinde NASA ve Unimersiv kaynakları arşivenin ham metnından elde edilmiş; akademik referanslar ise konunun literatüründeki temel çalışmalara dayanmaktadır.

Lähdeviite: Tämä tutkimus on koostettu ja päivitetty akateemisen teknisen läpinäkyvyyden muodossa perustuen arkistoituun dokumentaatioon osoitteesta https://unimersiv.com/how-nasa-is-using-virtual-and-augmented-reality-to-train-astronauts-37/.