Dos mundos virtuais ao ser humano aumentado

Esta tendência traz novos desafios, principalmente no que concerne à relação entre o ser humano e esses ambientes industriais, com uma quantidade crescente de dados e de informação disponíveis que têm que ser compreendidos, aumentando também a complexidade de gestão e de tomada de decisão. A revolução na forma como o ser humano interage com as máquinas traduz-se na resolução de vários desafios, dos quais se podem destacar os seguintes:

● Transformação da força de trabalho, promovendo o desenvolvimento de novas competências no ser humano, que lhe permitam gerir o trabalho digitalmente com o suporte dos sistemas ciber-físicos;

● Desenvolvimento de sistemas industriais centrados no ser humano, permitindo uma maior atuação em todos os processos industriais e fornecendo-lhe recursos mais adequados para alargar a sua capacidade de decisão e de ação;

● Promoção de uma maior, mais eficiente e mais eficaz colaboração do ser humano com máquinas, sistemas e robôs inteligentes, permitindo também o aumento do valor acrescentado dos produtos e serviços finais.

Face a estes desafios, a tecnologia dos sistemas imersivos tem vindo a desenvolver-se de forma a aumentar a capacidade de intervenção do ser humano neste novo ambiente de trabalho, através de tecnologias como a Realidade Virtual (VR - Virtual Reality) ou a Realidade Aumentada (AR - Augmented Reality).

O artigo seminal de Paul Milgram, publicado em 1994 mas ainda hoje atual, define um contínuo entre a Realidade e a Virtualidade, onde as soluções como a VR e a AR se mapeiam (figura 1). Estas representam, portanto, combinações diferentes de elementos reais e virtuais dentro do que Milgram refere como realidade mista (MR – Mixed reality) e que atualmente são englobados no conceito mais alargado de realidade estendida (XR - eXtended Reality).

Do lado direito do contínuo realidade-virtualidade surgem os ambientes virtuais, onde o utilizador se encontra totalmente imerso num mundo que não se interliga com o contexto real em que se encontra o utilizador - sistemas imersivos. No ambiente virtual da figura 2, desenvolvido no âmbito de um projeto industrial do INESC TEC, observa-se uma situação de treino em que um técnico de manutenção pratica um procedimento. O utilizador está completamente isolado do mundo real pelo equipamento que utiliza, sentindo-se “transportado” para um ambiente virtual, onde tem a capacidade de operar um conjunto de ferramentas para reparar o equipamento elétrico. A imersão e a sensação de presença que daí podem advir são duas características muito relevantes de um sistema de VR.

Do lado esquerdo do contínuo surge a realidade aumentada, na qual objetos tridimensionais virtuais são posicionados de forma integrada com objetos reais. Aqui surge uma ligação forte do utilizador com o contexto onde se insere ou opera. A título de exemplo, na figura 3 apresenta-se um mapa em papel a ser aumentado com informação virtual, tais como rotas e áreas verdes. O tablet é neste caso utilizado como uma “lente de aumento”...

Tendo em consideração estes exemplos, que soluções poderíamos considerar como algo intermédio no contínuo realidade-virtualidade? As soluções intermédias, de Realidade Mista, combinam ambientes virtuais aumentados por objetos reais presentes no ambiente real em que o utilizador se insere. As paredes da sala real e o respetivo mobiliário podem ser integrados no ambiente virtual, permitindo ao utilizador tocar na parede ou encostar-se a uma mesa para realizar uma determinada tarefa. A figura 4 ilustra o pisar de um degrau de um passadiço virtual. Embora o utilizador esteja a poucos milímetros do chão, sobre uma tábua de madeira, o seu cérebro sente-se presente num ambiente virtual a centenas de metros de altura, proporcionando uma sensação fisiológica de vertigem.

A investigação na área dos sistemas imersivos tem várias décadas, desde o "Sensorama", de Morton Heilig nos anos 50, ou a "Sword of Damocles", de Ivan Sutherland nos anos 60.

A investigação na área dos sistemas imersivos tem várias décadas, desde o "Sensorama", de Morton Heilig nos anos 50, ou a "Sword of Damocles", de Ivan Sutherland nos anos 60.

Podemos encontrar hoje no mercado diversos sistemas, com diferentes configurações de dispositivos, sendo uma das mais apelativas a que contempla um dispositivo de visualização e audição a colocar na cabeça do utilizador - o chamado "Head-Mounted Display" (HMD) - e um par de controlos a usar nas mãos - denominados "varinhas" ou "wands" (entre outros dispositivos auxiliares).

Estas configurações conciliam:

a) Visão estereoscópica - o utilizador tem a sensação de profundidade, uma vez que cada olho recebe a imagem de um ponto de vista ligeiramente diferente, como acontece em situação real;

b) Sincronização entre os movimentos da cabeça e o ponto de vista/audição virtual - a vista recebida segue o movimento da cabeça, e os sons são reproduzidos de acordo com a orientação relativa às fontes sonoras;

c) Controlo da posição e orientação das mãos, acesso a botões para interação simbólica, e feedback por vibração;

d) Posição do utilizador no espaço (em algumas configurações) - o utilizador tem a sensação de se deslocar no espaço virtual ao fazê-lo no espaço real em que se encontra.

Em alguns casos, os utilizadores podem reportar uma sensação de náusea ao utilizar este tipo de dispositivos, que ocorre principalmente quando a sincronização entre os movimentos reais e o que é visualizado não é bem conseguida. A sincronização de movimentos é um dos desafios partilhados com os sistemas de realidade aumentada. Adicionalmente, a integração - também referida como registo - dos elementos virtuais nos elementos reais da cena que está a ser aumentada é outro dos desafios da AR. A título de exemplo, uma caixa virtual parece estar corretamente pousada numa mesa real, mantendo a coerência visual mesmo quando o utilizador ou o dispositivo se movem.

O INESC TEC tem desenvolvido cenários de treino e formação e, no âmbito da Indústria 4.0, uma das aplicações que tem vindo a ganhar interesse é a dos "digital twins", em que máquinas e sistemas reais em funcionamento são replicados virtualmente e aumentados com informação em tempo real sobre o seu estado e planeamento de tarefas. Também ao nível do planeamento e gestão, tem sido possível testar os futuros ambientes reais de trabalho em ambientes virtuais e avaliar a sua eficácia e a carga cognitiva, centrando os novos sistemas industriais no ser humano. E nas tarefas de manutenção ou até nas tarefas numa linha de montagem, a realidade aumentada permite uma atuação mais eficiente, através da informação aumentada sobre a própria máquina, ou a colaboração remota com especialistas, em ambiente de realidade mista, para resolução de problemas mais complexos.