L'Ascesa dell'Internet dei Sensi

Negli ultimi vent'anni, l'internet delle cose (IoT) ha cambiato il modo in cui ci connettiamo. Avvicinandoci al 2030, sta cominciando a prendere forma una nuova idea chiamata Internet delle Sensi (IoS). A differenza della realtà virtuale tradizionale (VR), l'IoS mira a dare agli utenti esperienze che coinvolgono tutti i sensi. Non vediamo e ascoltiamo solo; sentiamo anche, annusiamo e assaporiamo. Questa idea potrebbe cambiare il modo in cui interagiamo con la tecnologia.

Questo articolo esamina le tecnologie attuali che rendono possibili esperienze multisensoriali. Confronta il modo tradizionale di trasmettere media immersivi con un nuovo metodo che utilizza la comunicazione semantica alimentata dall'intelligenza artificiale generativa. Il nuovo metodo utilizza molta meno larghezza di banda, dimostrando come l'intelligenza artificiale generativa potrebbe trasformare le esperienze mediatiche. Tuttavia, evidenziamo anche le sfide affrontate e come potrebbero apparire gli sviluppi futuri.

L'introduzione delle reti mobili 5G ha spostato le nostre aspettative riguardo a internet. Non cerchiamo più solo connessioni più veloci; vogliamo esperienze più profonde e interattive. Questo ha portato a idee come il Metaverso e i gemelli digitali, portando a una serie di applicazioni come VR, realtà aumentata (AR) e operazioni a distanza. In questo contesto, sono emerse quattro idee principali per connettere le nostre vite digitali e fisiche: macchine intelligenti, mondi programmabili, connessioni sostenibili e Internet dei Sensi.

L'IoS mira a creare uno spazio digitale completamente immersivo che va oltre le limitazioni tradizionali. Integrando vista, suono, tatto, olfatto e gusto nelle interazioni digitali, possiamo creare un mondo virtuale più coinvolgente, ricco e stratificato come la nostra realtà fisica.

#Concetti Chiave dell'IoS

Viviamo la vita attraverso diversi sensi, elaborando vari segnali nei nostri cervelli. Se possiamo rappresentare accuratamente queste sensazioni, specialmente il tatto, possiamo migliorare le reazioni e i comportamenti delle persone. La tecnologia dell'IoS può consentire alle persone di vivere una vasta gamma di sensazioni da lontano, impattando settori come la salute, l'istruzione e il turismo. Tuttavia, affinché l'IoS sia davvero efficace, dobbiamo superare sfide come la sincronizzazione dei media, ridurre il mal di mare e minimizzare i ritardi nella comunicazione. Raccogliere dati da diverse fonti sensoriali, come immagini e suoni, è cruciale per far funzionare un'esperienza multisensoriale.

Una sfida importante è assicurarsi che tutti gli input sensoriali arrivino al momento giusto e che si sentano realistici. Se le esperienze virtuali non corrispondono alle sensazioni reali, può confondere il cervello, portando a disagio. Per prevenire ciò, dobbiamo migliorare quanto siano realistiche queste sensazioni e garantire ritardi ridotti nei dispositivi VR e AR. L'obiettivo è trasmettere informazioni sensoriali con latenza estremamente bassa, idealmente entro 1-10 millisecondi.

Per quanto riguarda l'affidabilità della comunicazione per i media immersivi, si suggerisce che le generazioni future di reti dovrebbero raggiungere latenze di circa 1 millisecondo per lo streaming video di alta qualità e feedback aptico, con requisiti di larghezza di banda che variano da decine di megabit al secondo a circa 1 terabit al secondo. Sebbene i segnali di gusto e olfatto siano meno esigenti, devono comunque essere perfettamente sincronizzati con gli altri sensi per raggiungere il pieno potenziale dell'IoS.

Tra le varie tecnologie, la comunicazione semantica mostra promesse per una latenza ultra-bassa concentrandosi sul significato dei messaggi invece di inviare l'intero segnale. Questo offre una trasmissione più veloce ed efficiente.

Recenti sviluppi nei sistemi di intelligenza artificiale hanno introdotto modelli di linguaggio di grandi dimensioni (LLM). Questi sono strumenti potenti che possono comprimere le informazioni in messaggi più piccoli mantenendo il significato. L'ampio addestramento di questi modelli consente loro di generare, ragionare e adattarsi in modi che i modelli precedenti non potevano. Anche se i messaggi generati potrebbero non essere identici agli originali, condividono efficacemente i significati intesi.

Gli LLM hanno il potenziale di giocare un ruolo cruciale nell'IoS affrontando sfide come la sincronizzazione attraverso la stima parziale dei dati e migliorando l'intelligenza delle macchine per un controllo migliore nelle operazioni remote.

Recentemente, gli LLM si sono evoluti per gestire più tipi di media, inclusi testo, audio e immagini. Questo ha portato a modelli di linguaggio multimodali (MLLM) che possono comprendere e rispondere a una gamma più ampia di comunicazione umana. Questi progressi possono facilitare interazioni più naturali, come tradurre immagini o audio in testo.

Miriamo a dimostrare i benefici degli LLM nel migliorare l'efficienza della comunicazione nei media immersivi. In particolare, esaminiamo lo streaming video a 360 gradi da un drone come esempio di comunicazione semantica. Il processo include il rilevamento degli oggetti e la generazione di testo descrittivo prima di trasmetterlo al server, dove un LLM converte la descrizione in codice per la visualizzazione virtuale. Questo codice viene poi inviato all'utente, consentendogli di vedere la rappresentazione digitale.

#Concetti Chiave dell'IoS

L'IoS si basa su comunicazioni completamente immersive che richiedono di considerare tutti i sensi umani. Il designer e il ricercatore devono pensare a come trasmettere segnali sensoriali digitalmente per tatto, gusto, olfatto, suono e vista. Questo concetto cerca di mescolare il mondo reale con l'ambiente digitale per supportare la comunicazione a distanza che sembra autentica. Ciò implica categorizzare gli input sensoriali in aree specifiche come tatto, gusto, olfatto, suono e vista, complementato da Interfacce cervello-computer (BCI).

#Internet del Tatto

Il tatto, o sensazione aptica, migliora le nostre esperienze immersive. Nella formazione VR o teleoperazione, il tatto aiuta a ricreare le sensazioni fisiche necessarie per compiti come la chirurgia. Raggiungere esperienze tattili ottimali dipende da tempi di risposta rapidi e bassa latenza. La Tecnologia aptica può variare da semplici vibrazioni a sistemi complessi che forniscono feedback realistici. Dispositivi come guanti aptici e controller di feedback permettono agli utenti di interagire con oggetti virtuali.

#Internet del Gusto

Il gusto riguarda il rilevamento e l'interpretazione dei sapori. Mentre la VR tradizionale si concentra su immagini e suoni, aggiungere il gusto potrebbe migliorare il coinvolgimento e rendere le esperienze più realistiche. Le tecnologie attuali esplorano come stimolare i recettori del gusto, ma replicare il gusto è impegnativo poiché dipende molto da altri sensi.

#Internet dell'Olfatto

La tecnologia degli odori digitali implica il rilevamento o la generazione di fragranze. Questo può essere utilizzato in vari settori, come il monitoraggio della qualità alimentare o il miglioramento delle esperienze in formazione, turismo e terapia. L'olfatto può influenzare significativamente le nostre emozioni e produttività. Dispositivi progettati per rilasciare profumi possono migliorare le esperienze sincronizzando gli odori con stimoli visivi e sonori.

#Internet Audio

L'audio spaziale aiuta a creare esperienze sonore che sembrano provenire da diversi punti nello spazio. Questo è importante per ambienti immersivi in cui l'audio sincronizzato completa le immagini.

#Interfaccia Cervello-Macchina (BCI)

Le BCI consentono la comunicazione diretta tra il cervello e le macchine, rendendo l'interazione umana con la tecnologia più fluida. Nel contesto dell'IoS, le BCI possono aiutare a eseguire azioni basate sulle percezioni sensoriali.

#Perché Abbiamo Bisogno dell'IoS

L'IoS può migliorare significativamente le esperienze utente in vari campi. Ad esempio, nell'intrattenimento, può rendere le interazioni più coinvolgenti e realistiche. Nella salute, può offrire un monitoraggio e opzioni di trattamento migliori. Negli affari, può migliorare le esperienze di acquisto e le strategie di marketing. L'IoS può cambiare il modo in cui gli esseri umani interagiscono con le macchine, rendendolo più naturale e intuitivo, eliminando la necessità di dispositivi di input tradizionali. Offre anche sicurezza in situazioni rischiose consentendo il controllo remoto delle macchine.

#Interfacce dell'IoS

Attualmente, le applicazioni AR, VR e di realtà mista si concentrano principalmente su vista e suono, ma le ricerche mostrano che incorporare gusto e olfatto può aumentare l'immersione e il realismo. Coinvolgendo più sensi, le interfacce IoS possono aiutare a ridurre il disagio e promuovere il coinvolgimento dell'utente, ponendo le basi per la creazione di un ambiente virtuale completamente immersivo.

#Interfaccia Utente Aptica

Le interfacce aptiche aggiungono sensazioni tattili alle esperienze XR, migliorando il modo in cui gli utenti interagiscono con ambienti virtuali. Riproducono sensazioni reali, consentendo interazioni naturali con oggetti virtuali.

#Interfaccia Olfattiva

L'olfatto può influenzare significativamente emozioni e ricordi. Incorporando l'olfatto nelle esperienze XR, gli sviluppatori possono creare ambienti più immersivi e realistici utilizzando dispositivi che rilasciano profumi in risposta a stimoli visivi o sonori.

#Interfaccia Gustativa

Le interfacce gustative sono un'area in fase di sviluppo che mira a includere sensazioni gustative nelle esperienze virtuali, offrendo ambienti multisensoriali più ricchi.

#Interfaccia Cervello-Macchina (BCI)

Le BCI collegano l'attività cerebrale con le macchine, creando opportunità per capacità migliorate e trattamenti medici. Questo può anche portare a esperienze di gioco immersive in cui gli utenti controllano personaggi con i propri pensieri.

#Interfaccia Utente Naturale (NUI)

Le NUI utilizzano interazioni naturali per la comunicazione tra umani e macchine, come il riconoscimento vocale o dei gesti. Recenti progressi nelle interfacce controllate a voce come Alexa e Siri hanno reso questi metodi popolari.

#Interfaccia Utente Ambientale (AUI) e Interfaccia Utente Conversazionale (CUI)

Queste interfacce consentono interazioni più intuitive adattandosi alle esigenze e agli stili comunicativi degli utenti.

#Modelli Fondamentali per l'IoS

Lo sviluppo di modelli di linguaggio di grandi dimensioni (LLM) e modelli multimodali segna un cambiamento significativo nel modo in cui creiamo e trasmettiamo contenuti video. Le ricerche mostrano che gli LLM possono efficacemente comprimere e rappresentare immagini e video con una perdita minima di qualità.

#Architettura Proposta per l'AI Generativa nella Comunicazione Immersiva

Recenti sviluppi negli LLM rappresentano un cambiamento nel modo in cui gestiamo lo streaming video. Esploriamo tre scenari in cui gli LLM possono essere utilizzati per la trasmissione video. Nel primo caso, gli LLM fungono da compressori per trasmettere una qualità superiore senza sacrificare molto. Nel secondo caso, gli LLM forniscono descrizioni testuali invece di video grezzi, utilizzando meno dati. Il terzo caso prevede la conversione delle informazioni visive in codice più facile da trasmettere.

#Descrizione del Caso d'Uso

Per illustrare le sfide e le soluzioni, consideriamo un operatore di drone che controlla a distanza un drone in una foresta fitta. Questa situazione presenta limitazioni di larghezza di banda che influenzano il video trasmesso all'operatore. L'operatore può ricevere solo video e suono, che non riesce a trasmettere completamente l'ambiente. Per affrontare queste problematiche, suggeriamo di utilizzare la comunicazione semantica per migliorare l'esperienza riducendo al contempo la larghezza di banda.

#Architettura Proposta per la Comunicazione Immersiva Abilitata dall'AI Generativa

La nostra configurazione proposta consente agli utenti di visualizzare oggetti 3D animati basati su immagini catturate dalla telecamera a 360 gradi di un drone. L'utente VR controlla il drone mentre riceve dati sensoriali sull'ambiente, inclusi temperatura e vibrazione. Il sistema mira a fornire un'atmosfera ricca che si allinea con la vista virtuale dell'utente.

#Drone

Il drone cattura e trasmette video in diretta insieme ai dati sulla sua posizione all'utente. Elabora informazioni visive per rilevare oggetti e inviare annotazioni a un server cloud.

#Server Cloud

Il server cloud si connette a due LLM: uno per migliorare la captioning delle immagini e un altro per generare codice per creare contenuti immersivi. Questo consente descrizioni dettagliate senza sopraffare gli utenti.

#Edge Cloud

L'edge cloud gestisce lo streaming video e si occupa della trasmissione dei messaggi. Assicura che il sistema funzioni senza problemi, consentendo una comunicazione efficiente tra il drone, l'utente e il cloud.

#Risultati Sperimentali

La configurazione sperimentale ha coinvolto il volo di un drone vicino a un'università mentre trasmetteva video a 360 gradi. Questa fase sperimentale ha misurato vari parametri come la larghezza di banda e la latenza tra il metodo tradizionale e il nostro approccio proposto.

#Sfide e Direzioni di Ricerca

#Scalabilità Multi-utente

Creare sistemi che possono supportare molti utenti contemporaneamente è una sfida. Per accomodare ciò, le reti future dovrebbero regolare dinamicamente le risorse e i servizi senza compromettere l'esperienza utente.

#Latenza e Elaborazione in Tempo Reale

Per un'esperienza completamente immersiva, i sistemi devono elaborare rapidamente un'enorme quantità di dati sensoriali. Questo richiede progressi nell'infrastruttura di rete e nelle tecnologie di calcolo.

#Limitazioni del Calcolo Edge

Implementare LLM su dispositivi più piccoli può essere una sfida a causa delle loro elevate esigenze di calcolo. È necessario trovare soluzioni efficaci per eseguire LLM senza compromettere le prestazioni.

#Consumo Energetico

Gli LLM consumano molta energia, il che potrebbe scaricare rapidamente i dispositivi mobili. Servono soluzioni per renderli più pratici per l'uso quotidiano.

#Integrazione e Interoperabilità

Lo sviluppo di un IoS senza soluzione di continuità che funzioni con vari dispositivi e protocolli richiederà strategie innovative di rete.

#Conclusione

Questo articolo ha introdotto un framework per integrare modelli di linguaggio di grandi dimensioni con l'Internet delle Sensi nel contesto delle reti 6G. Abbiamo esplorato come gli LLM possono migliorare la comunicazione nei media immersivi e proposto un caso d'uso pratico per dimostrare la loro efficacia. Anche se gli LLM possono risparmiare una quantità significativa di larghezza di banda, ridurre la latenza rimane un obiettivo chiave per il futuro. Una soluzione proposta è l'affinamento degli LLM per migliorare la loro efficienza, con piani per esplorare ulteriori applicazioni nel rilevamento e nella captioning di oggetti remoti.