Экзоскелет как устройство ввода для компьютерных игр

Возникла потрясающая (на первый взгляд) идея. Так как я с большой вероятностью не первый, кто догадался до этого, то решил поделиться ею здесь, в надежде, что кто-то в ответ поделится существующими наработками или наведёт на нужную элементную базу.

Итак. Обычно устройством ввода служит клавиатура, мышь, геймпад или что-то подобное. На крайняк какой-нибуль кинект. У этих устройств очень ограничена обратная связь.

А мы сделаем устройством ввода экзоскелет, внутрь которого игрок должен залезть. Во-первых, экзоскелет в реальном времени принимает такую форму (положение головы, рук-ног и т.п.), которая соответствует конфигурации тела игрового персонажа. Во-вторых, экзоскелет измеряет силу противодействия игрока на каждую степень свободы (именно силу, а не координаты или скорость, которые являются, наоборот, обратной связью от экзоскелета к игроку), и использует эту информацию для моделирования тела персонажа в игре.

Какие будут советы по устройству такого экзоскелета? Как организовать механику? Чем измерять силу противодействия?

Есть и конструктивные противоречия. С одной стороны, экзоскелет должен как можно быстрее и точнее передавать конфигурацию тела персонажа. С другой стороны, персонаж может испытать заведомо несовместимые с жизнью нагрузки (падение с большой высоты, например), в этом случае экзоскелет не должен травмировать игрока (нужно ограничить предельные ускорения или ещё что-нибудь). Совсем отключать в таком случае экзоскелет вариант плохой, так как в игре игрок будет скорее всего терминатором, для которого такие нагрузки опасны лишь потерей немного здоровья. Ограничение нагрузок на основе измеренной силы противодействия тоже вариант плохой, так как датчик может сломаться, и, собственно, тем самым и поспособствовать попаданию персонажа в такую передрягу. Дело осложняется тем, что травмирующий уровень нагрузок может оказаться зависимым от конкретного положения тела игрока в этот момент, причём зависеть от физических данных этого игрока (например, его растяжки мышц).

Ну и с датчиками силы. Они должны иметь минимальный люфт, иначе сигнал будет запаздывать. Они должны обеспечивать хороший динамический диапазон, позволяющий как ломать стены, так и целиться из кустов. И, конечно, они не должны легко выходить из строя, если игрок надавит на них чуть сильнее, чем нужно.

В общем, слушаю ваши советы.
Интересно было бы взглянуть на механику бега на месте в таком устройстве.
Очевидно нужна платформа, причем наклоняемая.
Дополнительные ЧПУ манипуляторы по бокам имитирующие ногам твердый упор.
и подвес как у семёрки на столе — за пояс.
а чтобы обмануть вестибулярный аппарат — перемещать конструкцию по большому полю
Карданный подвес. 6 двигателей и вопрос углового позиционирования решён.
(вот типа такого: https://youtu.be/YzaKocld2WU?t=47s)
А за опору/сопротивление поверхности/etc должен работать сам экзоскелет.
Можно обойтись дополненной реальностью, где бегают по реальному миру, но с виртуальным воздействием на игрока.
Из сложных устройств - любители делают подвижные кабины самолетов. Не совсем FFS тренажеры, конечно, но достаточно непростые. Например https://www.youtube.com/watch?v=yec5aoT5XhY - именно сама железка, без добавленных красивостей.
Просто и надёжно - линейные двигатели прямого привода. Они же сами себе и датчики положения.
Очень неочевидно, если учесть, что движение частей экзоскелета представляет собой именно вращение частей относительно друг друга в суставах. Хотя, если подумать, природа решила задачу именно так. Хватит ли у типовых линейных двигателей соответствующего размера усилий, если учесть эффект рычага, связанный с положением точки крепления "сухожилий"?
у типовых линейных двигателей может и нехватить. тут задача сводится к разработке таковых.
Однако, по постановке мне показалось, что тут достаточно пары кг силы чтобы обозначить сопротивление виртуальной среды. В большинстве игровых приложений этого хватит, по крайней мере на первом этапе. А гимнастические виды спорта это следующий этап. Главное - управляемость (а это снижение моментов инерции и прочая)
Ха, в очередной раз излагаются контуры проекта, требующего работы группы профессионалов в течение пары лет, а потом этак небрежно: слушаю ваши предложения...
Группа профессионалов нужна для создания сертифицированного серийного промышленного изделия. Сделать рабочий опытный макет можно силой пары человек. Без такого макета никто не даст денег на группу профессионалов.
Для экзоскелетов - хоть в качестве устройства ввода, хоть собственно "усилителя физ возможностей" - есть принцип безопасности: экзоскелет не должен принимать положения, выходящие за пределы естественной подвижности (включая ту самую растяжку мышц). И это должно ограничиваться механически.
С другой стороны, внутри этих пределов положения также стоит ограничить ускорение/силу обратной связи.

Датчики - должен измерять силу взаимодействия между скелетом и телом. Тут принцип опять же тот же, что и для экзоскелета-"усилителя". Только вместо всяких реальных нагрузок тут будут действовать их имитация актуаторами.
На хабре обсуждали один самодельный экзоскелет https://geektimes.ru/post/258746/, так выдвинули идею дискретных датчиков - кнопок
"Потянул предплечье относительно экзоскелета — сработала кнопка — экзоскелет побежал догонять предплечье.
Надавил предплечьем на экзоскелет сильнее обычного — сработала другая кнопка — экзоскелет отпустился. "


И основную задержку будут вносить не датчики, а приводы актуаторов.

А вообще, конструкция видится такой: фиксатор конечности (ремень, манжета и т.п.) соединяется со скелетом не напрямую, а через тензодатчик. Электроусилитель руля так работает.

Ну а в плане наработок - стоит смотреть в сторону VR-перчаток с обратной связью.
Например
http://www.rmlab.org/HapticGlove.php

а вот еще по полному "костюму" и датчикам:
http://cyclowiki.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8E%D0%BC_%D0%B2%D0%B8%D1%80%D1%82%D1%83%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8

http://cyclowiki.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA%D0%B8,_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B_%D1%8D%D0%BA%D0%B7%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2
А всякие ударные воздействия на персонажа (попадание пуль, взрывы), разумеется очень ослабленные, передаются отдельными "импульсными" устройствами - как правило, динамиками или вибраторами. См. "ARAIG impact vest", Haptic suit
Хотя и гидравлика встречается (AxonVR )
Фильм "Газонокосильщик" не помню какого года, но точно смотрел ещё до того, как дома появился комп?