Notícia

Transmissão do sentido do tato pela Internet pode ser a base para as novas telecirurgias

Andreas Heddergott, TUM

Fonte

TUM | Universidade Técnica de Munique

Data

sábado, 29 junho 2024 14:15

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Biologia. Biomecânica. Computação. Engenharia Biomédica. Medicina. Processamento de Sinais. Robótica. Sistemas de Controle. Telecirurgia.

O que JPEG, MP3 e MPEG são para imagens, áudio e vídeo, codecs hápticos são para a transmissão do sentido do tato pela Internet. Após oito anos de trabalho de padronização sob a liderança do consórcio da Universidade Técnica de Munique (TUM), na Alemanha, um padrão para a compressão e transmissão do sentido do tato foi publicado pela primeira vez sob o nome Haptic Codecs for the Tactile Internet (HCTI). O novo padrão estabelece a base para as novas telecirurgias, além de tecnologias aplicáveis a outras áreas.

Quando arquivos de áudio ou vídeo são enviados pela internet, o processo é bem simples da perspectiva atual: a cada 20 milissegundos, um pacote de dados é montado, do qual informações irrelevantes para a visão e audição humanas já são filtradas. 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 destinatário desempenham um papel igual. Para alterar a posição de um braço robótico remotamente, por exemplo, o usuário indica essa intenção movendo-se. Se a mão no braço robótico agarra uma bola de tênis, o usuário tem a percepção desse sentido à distância. As informações devem fluir em ambas as direções. Um loop de controle global é criado, com os comandos para o robô no ambiente remoto e o feedback tátil transmitido de volta ao usuário influenciando um ao outro. Idealmente, as informações táteis agora devem ser transmitidas em um milissegundo, uma velocidade geralmente 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 1918.1.1-2024, publicado recentemente pela primeira vez, define um codec como o padrão para transferência de dados táteis”, explicou o professor Dr. Eckehard Steinbach, Chefe da Cátedra de Tecnologia de Mídias na TUM. O novo padrão registra as sensações envolvidas em movimentos, ou seja, as posições dos membros e as forças que atuam sobre eles, além da sensibilidade da pele, para tornar possível sentir papel ou 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 o HCTI funciona: até 4.000 pacotes de dados por segundo

Em contraste com os padrões de compressão de imagem, áudio e vídeo, era prática comum anteriormente enviar pacotes de dados em ambas as direções até 4.000 vezes por segundo para a transmissão de informações táteis. “Isso coloca demandas muito altas na rede de comunicação que transporta os pacotes de dados”, explicou o professor Steinbach. A vantagem da alta frequência é que a telecirurgia se torna realista e a transmissão é altamente robusta, mesmo se pacotes de dados individuais forem perdidos. No entanto, os pesquisadores querem reduzir a frequência para cerca de 100 vezes por segundo [100 Hz]. “Isso está próximo do limite da percepção humana”, disse o Dr. Eckehard Steinbach.

Para o novo padrão HCTI, os pesquisadores otimizaram tanto o loop de controle entre o remetente e o destinatário quanto a compressão dos dados. A característica crucial: mesmo que os pacotes de dados sejam enviados por longas distâncias, isso não deve ser perceptível na outra ponta 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”, disse o professor Steinbach, descrevendo a solução agora padronizada, na qual a professora Dra. Sandra Hirche e o professor Dr. Martin Buss, pesquisadores da TUM, também estiveram envolvidos.

Acesse a publicação na IEEE Standards Association (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica de Munique (em inglês).

Fonte: TUM. Imagem: pesquisadores liderados pelo professor Eckehard Steinbach testando a transmissão do tato pela internet. Fonte: Andreas Heddergott, TUM.

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