Haptik. Innehåll: Känselsinnets olika funktioner. Hur fungerar känselsinnet biologiskt. Fenomenet känsel samt dess relation till övriga sinnen

Transkript

1 Haptik Innehåll: Känselsinnets olika funktioner Hur fungerar känselsinnet biologiskt Fenomenet känsel samt dess relation till övriga sinnen Hårdvara som ger känselåterkoppling Applikationsområden Användbarhet och haptiska gränssnitt

2 Känselsinnet Somatosensoriska systemet Taktila, temperatur, smärta Kinestetiska Haptiska Proprioceptiska 1.3 kvm skinn, 4-5kg skinn Skyddar kroppen från yttervärlden Ger känselintryck gällande kroppens position samt beröring

3 Somatosensoriska systemet Tactile perception is defined as perception mediated solely by variations in cutaneous stimulation (Loomis & Lederman, 1986). Kinesthetic perception is defined as perception from joints and muscles,by limb movement alone, of hardness, viscosity and shape. Proprioception is the sense of position of the body in relation to gravity as well as our movement through space. Receptors in the vestibular apparatus are involved.

4 Haptic perception Haptic perception is defined as perception in which both the cutaneous sense and kinesthesis convey significant information about distal objects and events. Haptic system unifies input from many sources, e.g., position of fingers, pressure, into a unitary experience.

5 Taktila sinnet Känselnerv Fibertyp Bästa stimuli Känselintryck Pacinian corpuscle RA II snabb vibration djup vibration Meissner corpuscle RA I picka på skinnet pickande Ruffini endings SA II tänjning av skin tänjning Merkel disc SA I kontinuerligt tryck tryck Meissner corpuscle Epidermis Merkel s discs Stimulus Snabb adaption Långsam adaption Dermis Ruffini endings Pacinian corpuscle

6 Det kinestetiska känselsinnet De sinnesintryck man får från muskler och leder. Positionen huvud och extremiteter har i förhållande till torso och tex fingrarnas position. Det närmaste man kan komma ren kinestetisk känslan, utan att bedöva alla nervceller, är att tänka sig att röra vid något med en fingerborg på fingret.

7 Receptorer i muskeln Muscle spindle Finns i muskelfibern. Reagerar på ändringar i muskelns längd tex. då den sträcks. Golgi tendon organ Finns i muskeländarna. Reagerar på en muskels sammandragning. Kontinuerliga krafter.

8 Golgi tendon organ

9 Muscle spindle

10 Proprioception Sinnesintryck av vilken position kroppen har i förhållande till jorden. I innerörat finns vestibular sacs (utricle & saccule) som skickar signaler om acceleration, samt semicircular canals som skickar signaler om kroppens lutning. semicircular canals Utricle Saccule

11 Homunculus -the topographical representation of the relative amount of brain devoted to various parts of the body Somatosensory Homunculus Motor Homunculus Toes Genitals Leg Abdomen Shoulder Arm Forearm Fingers Thumb Eyelids Face Lips Jaw Tongue Swallowing

12 Att utföra en rörelse Intention att röra sig: Sensorisk händelse (SC) Relevans Planering: Lokalisera målet (PPC) Informera motoriska området (PMC) Primary somato sensory cortex Posterior parietal cortex Co-ordination: Formulera sekvens för rörelsen (SMA & motoriskt område) Utförande: Skicka motoriskt kommando Använd sensorisk feedback

13 Att utföra en rörelse Supplementary motor area

14 Perception of two-dimensional objects Aktiv känsel när personen aktivt kontrollerar inhämtandet av känselstimuli tex vid läsande av punktskrift genom att röra fingrar och händer. Passiv känsel när personen EJ aktivt kontrollerar inhämtandet av känselstimuli tex om ett objekt trycks mot skinnet. Det är signifikant lättare att känna igen tvådimensionella former med aktiv känsel än med passiv.

15 Tactual Stereognosis Förmågan att känna tre dimensioner genom att undersöka objekt med händerna. Människor kan känna igen 96% av 2000 objekt utan att se objekten. - Sökande fas för att lokalisera objektet. Snabba svepande rörelser, inte särskilt taktila. -Positionsfas då händerna håller objektet för att etablera dess placering i förhållande till kroppen. - Undersökande fas för att mäta olika aspekter av objektet. Mikrorörelser med pauser vid kritiska punkter. - Olika rörelser utförs för olika syften, vikt, form, textur.

16 Manipulera objekt med ett verktyg När man manipulerar ett objekt aktivt med ett verktyg som vid tex titthålskirurgi, upplever personen efter ett tag att verktyget blivit som en förlängning av handen.

17 Ekologisk psykologi Att vi känner igen saker innebär att vi har kognitiva representationer av dem (Gibson). - Den känsla något som stängs ger förmedlar egenskaper hos produkten som tex kvalitet. - Underlätta val av knapp eller vred genom formen på knappen. - Formen förmedlar funktionen. - Använda texturer på knappar för att särskilja dem. Minimal möjlighet till förväxling av knappar.

18 Intermodal relations The specific characteristics of any particular perceptual task should be considered, in relation to the specific properties of the sensory modality (modalities), that provides information for performance of the task (Heller & Schiff, 1991). The sensory modalities are specialised for different tasks, and that specialisation emerges more strongly as the complexity of the task increases (Freides, 1974).

19 Intermodal relations Vision is generally dominant over both touch and audition for the perception of spatial location. Vision is more effective than touch for perception of shape (Heller & Schiff, 1991). Audition is more effective than vision for the perception of temporally distributed events. Touch is at least as accurate as vision in the perception of texture. If vision is blurred people rely more on touch for perception of form.

20 Multi-modala system Stödjer flera modaliteter såsom syn, hörsel, känsel, lukt & smak. Gör systemet mer interaktivt. Ökar bandbredden för interaktion. Multi-media system Information via olika media såsom text, grafiska illustrationer, animeringar & video, men ofta via samma modalitet. Alternativa sätt att presentera information. Ej haptik kraftåterkoppling

21 Haptiska gränssnitt PHANToM consists of a linkage mechanism, thimble interface, stylus interface, three-degree-of-freedom passive gimbal, motors, encoders, cable drive mechanism, and mounting stand. A stylus or tool handle may be substituted for the thimble. PHANToM works in concert with the computer to interpret the finger's position in three dimensional space and apply an appropriate and variable resisting force. Smooth walls, sharp corners, rubbery spheres, textured surfaces and friction can be represented to the user in a typical interaction.

22 Haptiska gränssnitt The basis of the force display is a six-degree-of-freedom manipulator. Haptic master system employs three sets of parallelogram linkages instead of linear actuators. Each pantograph is driven by three DC motors, powered by amplifiers.the top end of the pantograph is connected to a vertex of the top platform by a spherical joint. The maximum payload of the manipulator is 2.5 kilograms,which is more than a typical hand. With this compact hardware,the operator can feel the physical characteristics of three types of virtual objects: hard surface, elastic surface, and fluid flow velocity.

23 Haptiska gränssnitt CyberGrasp is an force feedback system for the fingers and hand. The CyberGrasp is a lightweight, force-reflecting exoskeleton that adds resistive force feedback to each finger. Grasp forces are produced by a network of tendons routed to the fingertips via the exoskeleton. There are five actuators, one for each finger, which can be individually programmed to prevent the user s fingers from penetrating or crushing a virtual solid object. The CyberGrasp system allows an operator to control a remotely-located robotic "hand" and literally "feel" the object being manipulated.

24 Haptiska gränssnitt This is a 1 DOF device which gives a sense of touch for entertainment applications. It has 4 programmable buttons and can be connected to the serial port of computers. The position resolution is 0.17 degrees and the range of travel is 240 degrees. It delivers a continuous torque of 3.1 lb.ft and peak torque of 4.5 lb.ft. The actuator is a brushless DC motor.

25 Haptiska gränssnitt This joystick, the WCS II design is taken from the F-15 throttle handle and, therefore, is designed to be used by the left hand, while the right hand operates the stick. The WCS II has six buttons and a three-way rocker switch placed in strategic locations on the handle. Moving the handle fore and aft provides thrust control. Clicks are detectable as the throttle handle is moved, providing tactile feedback for enhanced control and awareness.

26 Taktilt gränssnitt CyberTouch features small vibrotactile stimulators on each finger and the palm of the CyberGlove. Each stimulator can be individually programmed to vary the strengthof touchsensation. The array of stimulators can generate sensations such as pulses or sustained vibration.

27 Taktilt gränssnitt Braille display

28 Känna papperskvalitet

29 Uppleva känslan av en växellåda

30 Öva på att ta blodprov

31 Förstå seismiska data

32 Simulera kirurgiska ingrepp Device incorporating virtual reality to simulate the look and feel of eye surgery. By using this system, surgeons can practice coping with emergencies and the unpredictable, as do pilots with flight simulators. Beside photo-realistic images of the eye, the simulator has linear tactile feedback for real-time "feel" of tool-tissue interaction.

33 Psykologiska verktyg Use of tactile augmentation to help distract burn patient from her pain during physical therapy. When she touches the virtual spider in VR with her cyberhand, her real hand simultaneously touches the furry toy spider in the real world. She has the illusion of physically touching the virtual spider, a technique named "tactile augmentation ".

34 .finns hur många exempel som helst.. Ultraljud på distans Molekyler Uppleva skulpturer i museum Känna på textilier Skapa prototyper..

35 Using haptic interfaces Haptic feedback enhance perceived virtual presence in groups working together mediated by multimedia systems. (Ho, C. et al., 1998; Durlach & Slater, 1998; Sallnäs et al 2000) Haptic feedback make interaction faster and more precise. (Gupta et al. 1997; Ishii et al, 1994; Hurmuzlu et al., 1998)

36 Virtuell närvarokänsla En subjektiv känsla av att vara mentalt närvarande på en plats eller i en miljö även då man fysiskt befinner sig på en annan plats. Ökad känsla av realism, kontroll, engagemang & ökad känsla av inneslutenhet i mediet. (Witmer & Singer, 1998)

37 Social närvarokänsla Mötets sociala kvalitet, möjlighet att visa & förstå känslor/intentioner känsla av att vara tillsammans med en annan person i en gemensam miljö. (Short et al., 1976) Kapacitet att förmedla information om ansiktsuttryck, ögonkontakt och fokus, kroppshållning, gester, fysiskt avstånd och klädsel.

38 Haptik ökar känslan av social närvaro. (Ho, C. et al., 1998)

39 Haptic collaboration with PHANToM devices

40 Apparatus Two haptic devices. One computer and two computer screens. Two telephone headsets.

41 The collaborative environments Both conditions: Visual interface Audio connection Lift the objects together Lift objects by themselves Haptic condition: Feel the weight of the objects. Feel the force on objects Feel the other persons marker Hold the other persons marker Feel roof, floor & walls

42 Conclusions Supporting haptic force feedback in a distributed collaborative environment makes manipulation of common objects faster & more precise. People perceived their performance to be better in the haptic environment. People perceived themselves to be more virtually present in the haptic environment. But people only perceived themselves to be marginally more socially present in the haptic environment.

43 The hand over task

44 Conclusions No significant differences in average time between the haptic or nonhaptic condition. Results show that error rate is significantly lower when haptic force feedback is provided to people that perform a hand over task in a CVE. Preliminar results show that haptic force feedback significantly improves perceived social presence.

45

46 Taktilt gränssnitt CyberTouch is a tactile feedback glove. It features small vibrotactile stimulators on each finger and the palm of the glove. Each stimulator can be individually programmed to vary the strength of touch sensation. The array of stimulators can generate simple sensations such as pulses or sustained vibration, and they can be used in combination to produce complex tactile feedback patterns. Software developers can design their own actuation profiles.