Vibrotactile actuators for small consumer electronic products, such as mobile devices, have been widely used for conveying haptic sensation to users. One of the most important things in vibrotactile actuators is to be developed in the form of thin actuator which can be easily embedded into mobile devices and to provide vibrotactile signals with wide frequency band to users. Thus, this paper proposes a thin film type haptic actuator with an aim to convey vibrotactile information with high frequency bandwidth to users in mobile devices. To this end, a vibrotactile actuator which creates haptic sensation is designed and constructed based on cellulose acetate material. A cellulose acetate material charged with an electric potential can generate vibration under the AC voltage input. It is found that the motion of the actuator can have concave or convex shape by controlling a polarity of both charged membranes and the actuator performance can be modulated by increasing level of biased electric potential. The experiment clearly shows that the proposed actuator creates enough output force to stimulate human skin with a large frequency bandwidth and to simulate various vibrotactile sensations to users.
본 논문에서는 핀형 진동촉각 디스플레이 장치와 자이로스코프 칩을 이용한 진동 촉각 공간 마우스를 제시한다. 이 마우스는 자이로스코프 칩을 이용하여 공중에서 동작하는 공간마우스에 본 연구실에서 자체 제작한 진동촉각 디스플레이 모듈을 통합하여 위치 입력과 진동 촉각 출력이 동시에 가능한 새로운 형식의 인터페이스 장치이다. 최근 진동촉각 디스플레이의 소형화, 저전력 소모 방향으로의 발전으로 인해 마우스나 모바일 장치 등 소형 임베디드 환경에서도 사용이 가능하게 되었다. 또한 MEMS 기술로 인한 자이로스코프나 센서 기술의 발전으로 인해 이젠 마우스 같은 소형화 제품에도 소형 자이로스코프 칩을 이용하여 평면 환경이 아닌 공간상에서 사용 가능한 마우스를 제작할 수 있게 되었다. 이 진동 촉각 마우스는 자이로스코프 칩을 이용하여 손의 동작을 인식하고 그 데이터를 블루투스 통신을 통해 PC에 전달하여 포인터를 이동시킨다. 또한 마우스와 손가락의 접촉 부위에는 $2\;{\times}\;3$의 핀형 진동촉각 디스플레이 장치가 장착되어 PC 어플리케이션 상에서 포인터 위치에 따른 흑백 이미지 정보를 제공하거나 문자를 점자로 출력시켜 주는 등 진동 촉각을 통한 정보 전달을 가능하게 해준다.
In this paper, a vibrotactile pad system, T-mobile, is developed to provide vibrotactile cues for hand-held devices. A grooved and slim design is adapted to the back-side plane of the T-mobile, and the contact part consists of 12 vibrotactile panels which can operate independently and separately. To be isolated among vibrotactile actuators, the surface of the cover is divided into several pieces. Each vibrating module consists of a linear resonant actuator, a section of covering surface, and a vibration isolator. In order to provide spatial and directional information, sensory saltation and phantom sensation are applied to the T-mobile. To evaluate the developed device, two experiments were conducted to test whether directional information and spatial information can be successfully displayed by the device. Additionally, in order to find optimal stimulation by sensory saltation, an empirical test was conducted. As a result, spatial and directional information would be useful for displaying intuitive information for hand-held devices with vibrotactile feedback and reasonable near-optimal value for sensory saltation was obtained.
This study investigated human operator's perceptual and psychophysical responses to vibrotactile stimulation on various parts of the hand. Using a small vibrotactile display, the effects of three mechanical parameters consisting vibrotactile stimulations, i.e., vibration frequency, pulse-width modulation duty cycle, and number of contactors, on differential thresholds were examined at five different loci of the hand. It was observed that differential threshold varies with vibration frequency and number of active contactors. Differential sensitivity was the greatest at the vibration frequency of 120 Hz. The differential sensitivity was not found to be affected by loci on the hand. The area of stimulation on the hand was also found to be significant in that the sensitivity increased with the number of active contactors. It should be noted that the conclusions from this study generally correspond to those from the previous study on the absolute sensitivity. which means that tactile sensitivity to vibrotactile stimulations can be controlled with a systematic and consistent passion for emulating normal everyday contact on human hands in teleoperation and virtual reality applications.
Vibrotactile feedback is widely used in designing non-visual interactions on mobile phones, such as message notification, non-visual reading, and blind use. In this work, novel vibrotactile codes are presented to implement a non-visual text reading system for mobile phones. The 26 letters of the English alphabet are formed in an index table with four rows and seven columns, and each letter is mapped using the codes of vibrations. Two kinds of vibrotactile codes are designed with the actuator's on and off states and with specific lengths (short and long) assigned to each state. To improve the efficiency of tactile perception and user satisfaction, three user experiments are conducted. The first experiment explores the maximum number of continuous vibrations and minimum vibration time of the actuator's on and off states that the human can perceive. The second experiment determines the minimum interval between continuous vibrations. The vibrotactile reading system is designed and evaluated in the third experiment according to the results of the two preceding experiments. Results show that the character reading accuracy reaches 91.7% and the character reading speed is approximately 617.8 ms. Our method has better reading efficiency and is easier to learn than the traditional Braille coding method.
본 논문에서는 모바일 기기에서 사용자 경험의 향상을 위해 다중 진동신호를 활용하는 연구로, 포항공과대학교 햅틱스 및 가상현실 연구실의 '다중 진동자를 사용한 촉각 흐름'과 '실시간 이중 채널 촉감 음악 재생기'의 연구 현황을 소개한다. '다중 진동자를 사용한 촉각 흐름'은 여러 개의 진동자를 사용하여 흐르는 듯한 진동을 생성함으로써 다수의 구분 가능한 진동 신호를 제공할 수 있으며 이를 통한 정보 전달력의 향상을 도모할 수 있다. '실시간 이중 채널 촉감 음악 재생기'는 음악적 신호를 진동 신호로 변환하여 제공함으로써 사용자들로 하여금 더 나은 경험을 제공할 수 있다. 이러한 사례들은 향후 예상되는 모바일 기기에서의 더 많은 정보 전달과 더 나은 사용자 경험에 대한 요구를 충족시키기 위한 좋은 예가 될 수 있을 것으로 기대된다.
The objective of this study is to investigate hwnan operator's perceptual and psychophysical responses to vibrotactile stimulation on various parts of the hand. Using a small vibrotactile display, five different loci of the hand along with two other mechanical parameters consisting vibrotactile stimulations, which are vibration frequency and number of active contactors, were examined for the effects on absolute thresholds. All test variables were found to have significant effects on thresholds. It was observed that absolute threshold is a function of vibration frequency and number of active contactors. Tactile sensitivity was the greatest at the vibration frequency of 240 Hz, and the fingertip was found to be the most sensitive locus on the hand. The area of stimulation on the hand was also found to be significant in that the sensitivity increased with the number of active contactors. The results of the study generally supported those of other previous studies. It should also be noted, however, that the conclusions from the study should be limited to the absolute sensitivity, not to the suprathreshold intensities of normal everyday contact with the hands.
촉감 제시 방법은 다른 사람에게 방해를 주지 않고 은밀하게 정보를 전달할 수 있는 장점이 있으며, 특히 시각 혹은 청각 장애인에게는 반드시 필요한 정보 전달의 수단이다. 또한 촉감을 이용한 정보의 전달은 시각 또는 청각을 이용한 정보전달의 방법을 보완하거나 때로는 대체할 수도 있다. 본 논문에서는 웨어러블, 모바일, 또는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 사용할 수 있는 착용 가능한 진동촉감 제시 장치를 제안한다. 이 진동촉감 제시 장치는 25개의 진동모터를 $5{\times}5$의 형태로 배열하여 문자, 숫자뿐만 아니라 다양하고 복잡한 패턴을 표시할 수 있다. 코인형 진동모터 각각을 스펀지로 감싸고 푹신푹신한 재질의 패드에 세워서 배열하여 진동의 퍼짐을 최소화하고 사람의 글씨 쓰는 순서에 따라 진동모터를 순차적으로 구동시키는 새로운 추적모드를 제안하여 사용자의 문자 및 숫자 인식률을 크게 향상시켰다. 사용자 성능 평가에서는 사용자의 발등에 영문 알파벳을 표시하여 86.7%의 인식률을 얻었으며 주행 또는 주차 중인 운전자에게 방향 정보를 제시한 실험에서도 83.9%의 정답률을 확인하였다. 또한 진동촉감 제시장치를 이용하여 휴대폰에서의 발신자 정보표시를 한다거나 네비게이션 시스템에 적용할 수 있는 등의 유용한 응용분야를 제시하였다.
Purpose : The purpose of this study is to find out if it helps to improve static balance ability and weight bearing rate for chronic stroke patients with poor balance in clinical intervention through a method of correcting movement errors while performing a task by vibrotactile bio-feedback providing pressure information. Methods : Fifteen chronic stroke patients (12 male and 3 female) were participated in this study. To examine the effects of vibrotactile bio-feedback and general standing without bio-feedback on static balance ability and weight distribution symmetric index in all subjects randomized with R Studio. The static balance ability and weight distribution symmetric index of the participants was evaluated using a force plate. A paired t-test was used for comparison of each conditions. Statistical significance was set at α=0.05. Results : The comparisons of static balance ability and weight distribution symmetric index in chronic stroke patients after two different condition are as follows. In the static balance ability and weight distribution symmetric index, the vibrotactile feedback providing pressure information showed a significant difference compared to none feedback (p<.001). Conclusion : The vibrotactile bio-feedback providing pressure information in real time can support an improve in static balance ability, uniform weight bearing rehabilitation in chronic stroke patients. In the future, it is hoped that a follow-up study that provides a better direction of intervention compared to various feedback interventions commonly used in clinical practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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