Ik sta in een bos. De grond is bedekt met een laag sneeuw en dikke sneeuwvlokken dwarrelen naar beneden. Ik probeer ze te vangen, maar dat blijkt heel moeilijk. Hoe langer ik bezig ben, hoe meer ik de kou voel prikken op mijn linkerarm. Als ik naar mijn arm kijk, zie ik dat ik helemaal geen lichaam heb, maar alleen twee onderarmen en handen die los in de lucht zweven. Game over. Ik zet mijn VR-bril af.

Onderzoekers en techbedrijven zijn continu op zoek naar manieren om virtual reality (VR) meer levensecht te laten aanvoelen. Daarvoor moet je niet alleen de ogen foppen, maar ook de rest van het lichaam. Dat gebeurt via haptics, de verzamelnaam voor technologieën die de zogeheten haptische waarneming opwekken. Bijvoorbeeld elektronica die trilt of kracht uitoefent op je huid, waardoor de tastzin wordt gestimuleerd. Zoiets kun je verwerken in gamecontrollers, handschoenen of een complete bodysuit. Dat geeft een goed effect, maar deze systemen zijn verre van perfect. Ze verbruiken behoorlijk wat energie en gaan gepaard met onhandig grote batterijen of generatoren. Amerikaanse onderzoekers komen nu met een andere aanpak: zij foppen onze waarnemingen met chemische prikkels.

‘Ik zie zeker toepassingen voor me waarbij je mensen met pijnklachten kunt helpen’

Bij de Universiteit van Chicago ben ik te gast op het lab van promovendi Jasmine Lu en Jas Brooks voor een demonstratie van hun chemische haptics techniek (zie videobestand onderaan). ‘Ons onderzoek is gericht op de mens-machine-interface’, vertelt Lu. ‘Deze interfaces moet je afstemmen op wat je wil bereiken. Met dit project wilden we onderzoeken of je de eigenschappen van de menselijke huid kunt gebruiken voor een haptics-achtig systeem.’

Boodschappen doen

Voor hun idee om prikkels in de huid op te wekken met chemische signalen konden ze putten uit bestaande biologische inzichten. ‘We weten welke receptoren verantwoordelijk zijn voor een bepaald gevoel’, zegt Lu. ‘Er zijn receptoren voor warm of koud en nog voor allerlei andere sensaties. We zijn vervolgens op zoek gegaan naar stoffen die aan de gewenste receptoren binden.’ Daarvoor gingen ze gewoon boodschappen doen. ‘De meeste producten kochten we in apotheken en supermarkten’, vertelt Brooks. ‘Op die manier konden we de stoffen zoeken die al in voeding of verzorgingsproducten worden gebruikt en dus veilig zijn.’ Zo kwamen ze uit bij menthol, capsaïcine, methylsalicylaat, kaneelaldehyde, sanshool en lidocaïne. Lu: ‘Deze stoffen binden allemaal aan andere receptoren en zorgen bijvoorbeeld voor een verandering in temperatuurswaarneming, maar kunnen ook jeuk, pijn of een verdoofd gevoel veroorzaken. Menthol bindt aan de TRPM8-receptor, waardoor je kou ervaart. Sanshool werkt in op de mechanoreceptoren, waardoor je denkt dat iets je huid raakt.’

Plastic pleister

Voor de VR-game die ik ga spelen willen Lu en Brooks dat ik de kou voel en daarom brengen ze menthol aan op mijn huid. In hun project gebruiken ze hiervoor een speciaal ontwikkelde handschoen, maar voor deze korte demonstratie krijg ik een soort dikke, plastic pleister. In de pleister zitten vloeistofkanaaltjes waar menthol doorheen wordt gepompt. ‘In de kanaaltjes zitten kleine gaatjes, waardoor de menthol op je huid komt’, vertelt Lu.

‘We weten welke receptoren verantwoordelijk zijn voor een bepaald gevoel’

Het effect laat even op zich wachten, omdat de menthol eerst door mijn huid opgenomen moet worden. Maar na twee, drie minuten spelen, begin ik echt prikkende kou op mijn arm te voelen. Deze vertraging is wel een nadeel, zegt Brooks. ‘Het effect is goed, maar in het echt voel je het sneller. De effecten houden wel lang aan, dat is weer een pluspunt.’ Met een chemisch systeem kun je bovendien veel gemakkelijker schakelen tussen verschillende sensaties, zo legt Brooks uit. ‘Je hoeft alleen de toegediende stof te vervangen. Bij elektronische haptics heb je meestal een heel ander apparaat nodig voor een andere waarneming.’

Woestijn

Ze proberen deze switch nog verder te versnellen. Lu: ‘Denk aan stoffen die bepaalde effecten weer tegengaan of misschien de receptoren weer vrijmaken. We moeten nog testen wat het beste werkt.’ Het zou nog mooier zijn als je stoffen hebt die meerdere sensaties kunnen oproepen, dan hoef je niet meer te wisselen. Uit een ander experiment weet Brooks dat dit mogelijk is. ‘We hebben ook de reukzin onderzocht en hoe geur je VR-ervaring beïnvloedt. We lieten gamers spelen met een klein apparaatje onder hun neus. Sommige spelers vertelden dat het echt voelde alsof ze koude, frisse licht inademden toen ze op een berg waren. Maar toen de game zich afspeelde in een woestijn, ervoeren ze de lucht als heet en voelden ze de zon branden. En dat terwijl ze in beide gevallen dezelfde stof onder hun neus hadden.’

‘Sanshool werkt in op de mechanoreceptoren, waardoor je denkt dat iets je huid raakt.’

Voordat chemische haptics op de markt komen is er nog veel te onderzoeken en ontwikkelen. Lu: ‘Je ziet nu wel meer elektronische haptics en hopelijk maakt dat de weg vrij voor ook andere haptics-vormen, zoals de onze.’ Brooks ziet ook mogelijkheden voor hyvbride systemen. ‘Chemicaliën voor de langdurige effect en elektronische signalen voor de snelle switch. Dit zou de beperkingen van beide opties kunnen omzeilen, terwijl je ook minder energie nodig hebt omdat je de elektronische varianten minder vaak nodig hebt.’ Welke vorm het ook krijgt, het zal niet meteen een alledaags consumentenproduct worden denkt Lu. ‘Het is waarschijnlijk meer geschikt voor speciale gamestores, waar ze de kennis hebben om de stoffen en systemen toe te passen.’

Pijnklachten

Naast gaming zien ze ook mogelijkheden voor chemische haptics in de gezondheidszorg. ‘Ik zie zeker toepassingen voor me waarbij je mensen met pijnklachten kunt helpen’, zegt Brooks. ‘Of voor mensen die hun tast- of reukzin kwijt zijn. We weten dat mensen die hun reuk kwijt zijn vaak nog wel het frisse van menthol of het scherpe van azijn kunnen ervaren, zonder dat ze echt iets ruiken. Ons onderzoek kan daarop inhaken.’

De volgende stap is om nog meer te begrijpen van de chemosensorische processen in ons lichaam. Brooks: ‘We blijven experimenteren en we gaan ook smaak onderzoeken. Dat kan weer toepassingen in voeding krijgen.’ Chemische haptics wordt zeker een big thing, daar zijn ze beide van overtuigd. ‘Haptics gebruiken we al heel veel’, zegt Brooks. ‘Er zijn trillende gamecontrollers en je gebruikt je telefoon met behulp van haptics. Er zijn ook onderzoekers die kijken of shampoos en crèmes bepaalde sensaties kunnen oproepen. Genoeg raakvlakken tussen ons werk en het dagelijks leven.’