Human-in-the-loop: control of a human-scale interactive platform for immersion in a virtual environment

The past decades have seen a rapid increase in two revolutionary technologies: robotics and virtual reality. Robotics has progressed from being an industry-specific technology to interactive and adaptive systems, while virtual reality has expanded beyond entertain- ment, becoming an immersive gateway to digital realms. In this era of technological convergence, this master’s thesis aims to push further the boundaries of virtual reality reducing the gap between physical reality and virtual envi- ronments. Leveraging the current capabilities of robots in human-machine interactions, this thesis seeks to establish a tangible link between the physical experience of the real world and the intangible virtual world. By unifying these two realms on a single platform, the goal is to reach a realistic two-ways interaction inputs and feedbacks system which can be used on a broad range of platform scales. The expected result is a bi-directional communication framework, allowing individuals to interact with digital environments as tangibly as they do with the physical world. The technical contributions of this work lie in defining hardware specification for the robotic platform, developing a virtual environment, establishing a robust Wi-Fi commu- nication protocol and designing a low-level control for actuators facilitating real-time, bidirectional interactions and feedback loops. In contemporary society there is a growing demand for immersive and integrated solutions that connect the physical and the virtual worlds. Within this context, the proposed project aims to integrate virtual reality and robotics to craft an immersive environment and recreate the dynamic experience of skiing on a robotic platform.

Negli ultimi decenni si è assistito a un rapido sviluppo di due tecnologie rivoluzionarie: la robotica e la realtà virtuale. La robotica è passata dall’essere una tecnologia specifica per il settore industriale a diventare un sistema interattivo e adattabile, mentre la realtà virtuale si è espansa oltre l’intrattenimento, diventando una porta d’accesso immersiva ai regni digitali. In un’era di convergenza tecnologica, questa tesi di laurea magistrale mira a ridurre ulte- riormente il divario tra la realtà fisica e quella virtuale. Sfruttando gli avanzamenti della robotica nell’ambito di interazioni uomo-macchina, questo lavoro di tesi cerca di stabilire un legame tangibile tra l’esperienza fisica del mondo reale e l’intangibile mondo virtuale. Unificando questi due ambienti su un’unica piattaforma, l’obiettivo è raggiungere un sistema realistico di input e feedback per l’interazione bidi- rezionale che possa essere utilizzato su un’ampia gamma di piattaforme. Il risultato sarà un sistema adattabile che permetterà agli utenti di interagire con l’ambiente digitale in modo tangibile come con il mondo fisico. I contributi tecnici di questo lavoro risiedono nella definizione delle specifiche hardware per la piattaforma robotica, nello sviluppo di un ambiente virtuale, nello stabilire un robusto protocollo di comunicazione Wi-Fi e nella progettazione di un sistema di controllo per gli attuatori. Nella società contemporanea è in continua crescita la domanda di soluzioni immersive che combinino il mondo virtuale e quello fisico. Questo progetto di tesi mira a integrare realtà virtuale e robotica per creare un ambiente immersivo e riprodurre la sensazione dinamica di sciare su una piattaforma robotica.