Приложение А (справочное). Тактильные устройства

Приложение А
(справочное)

Тактильные устройства

А.1 Общие положения

Данное приложение описывает ряд тактильных устройств чаще всего встречающихся на момент публикации настоящего стандарта; тем не менее, оно также применимо к другим тактильным устройствам.

Устройства на точечной основе (например, вибропривод пейджера), вибрируют в одной-единственной точке. В устройствах с матричным расположением штырьков (например, в обновляемых дисплеях Брайля) есть массив штырьков, которые могут быть прижаты к коже. Дисплеи на точечной основе можно носить в комплекте по нескольку штук на поверхности тела.

А.2 Пейджеры/телефоны с функцией вибрации

Пейджеры или мобильные телефоны с функцией вибрации содержат привод, обычно вращающий, но иногда и линейно перемещающий, некоторую массу на высокой скорости (см. рисунок А.1). Изменения направления движения массы приводят к возникновению колебаний. В альтернативном варианте, движущуюся на высокой скорости массу резко останавливают. Это вызывает появление жестких тактильных толчков. Если это происходит, например, в мобильном телефоне, который можно носить в кармане, то колебания передаются на кожу. Эти колебания воздействуют на кожу, что вызывает осязательные ощущения. Интенсивность ощущений можно варьировать изменением частоты колебаний, поскольку от нее зависят механический контакт и фактическое ощущение вибраций. Качество восприятия вибраций можно повысить с помощью тщательного подбора образцов последовательностей колебательных толчков.

Рисунок А.1 - Вибрационный электродвигатель с эксцентрично расположенной массой

А.3 Линейный тактильный привод

Другим методом создания точечных вибраций на теле является линейный привод. Контактор в устройстве, показанном на рисунке 2, является движущейся массой, которая установлена выше корпуса и прижата к коже. Он обеспечивает местную обратную связь, поскольку вибрирует только точка контакта (точка в центре), а не устройство в целом (как это происходит в обычном мобильном телефоне, содержащем вибрационный привод). Такие устройства, как правило, резонируют на частоте около 250 Гц, но спроектированы так, чтобы иметь возможность воспроизводить некоторый диапазон частот, в отличие от большинства простых приводов мобильных телефонов, которые имеют ограниченную частотную характеристику.

Рисунок А.2 - Линейный тактильный привод

А.4 Вибрационный джойстик

Вибрационные джойстики широко распространены в области консольных видеоигр. Эти устройства содержат один или несколько приводов, сравнимых с приводами, используемыми в вибрирующих пейджерах/телефонах, но с большей массой и, поэтому, с большей механической энергией. Управление приводом зависит от действий, происходящих в видеоигре. Если в одной рукояти монтируют несколько приводов, тогда некоторым образцом последовательности вибрационных толчков может быть закодирована информация с выраженной направленностью.

А.5 РВ-дисплеи

РВ-дисплеи (pin-based*) возникли в приложениях с алфавитом Брайля. Тактильные элементы (штырьки), которые использованы в этих видах дисплеев, расположены перпендикулярно поверхности кожи. Как правило, каждый штырек подключен к приводу, который действует на основе одного конкретного физического принципа, например, теплового, электромагнитного, электродинамического, электро-статического, пьезоэлектрического, сверхзвукового, пневматического или гидравлического. Привод способен изменять высоту штырька в зависимости от управляющего сигнала. Обычно изменение дискретное, имеющее два оцифрованных состояния (поднят или опущен), но также может быть непрерывным для кодирования дополнительной информации. Как правило, РВ-дисплеи состоят из комплектов плотно установленных приводов для создания большой площади осязательного взаимодействия (см. рисунок А.3).

Примечание - Вопрос о реальной разрешающей способности РВ-дисплеев в зависимости от расстояния между штырьками является предметом интенсивного обсуждения и окончательно еще не решен. Кроме того, сочетание ощущения сдвига и тот факт, что пользователи могут быть очень хорошо обучены восприятию штырьков, по-прежнему создает трудности для определения детерминированных критериев проектирования.

Рисунок А.3 - Дисплей Брайля (РВ-дисплей) как часть клавиатуры компьютера

Существует два возможных типа конструкции тактильных устройств, различаемых по способу перемещения и информации, передаваемой пользователю. Устройства первого типа отображают информацию с временной зависимостью. В устройствах этого типа для считывания информации палец пользователя перемещается относительно поверхности устройства. В другом типе устройств палец опирается на тактильный элемент, который является частью подвижного устройства, считывающего распределенную информацию за счет передвижения. Примером последнего варианта является тактильный дисплей, встроенный в компьютерную мышь (см. рисунок А.4). Матрица штырьков у мыши имеет более высокое разрешение, чем в дисплее Брайля, и может быть использована для представления других форм информации, таких как иконки, диаграммы или карты.

Рисунок А.4 - Тактильная мышь

Существует два возможных типа конструкции тактильных устройств, различаемых по способу перемещения и информации, передаваемой пользователю. Устройства первого типа отображают информацию с временной зависимостью. В устройствах этого типа для считывания информации палец пользователя перемещается относительно поверхности устройства. В другом типе устройств палец опирается на тактильный элемент, который является частью подвижного устройства, считывающего распределенную информацию за счет передвижения. Примером последнего варианта является тактильный дисплей, встроенный в компьютерную мышь (см. рисунок А.4). Матрица штырьков у мыши имеет более высокое разрешение, чем в дисплее Брайля, и может быть использована для представления других форм информации, таких как иконки, диаграммы или карты.

А.6 Сдвиговые дисплеи

Сдвиговые дисплеи - это устройства, которые производят сдвиг прилегающих участков кожи. Использование сдвига вызвано тем, что восприятие отдельных поднятых штырьков РВ-дисплеев улучшается, если возможно движение штырьком по поверхности кожи. Сдвиг кожи является очень важным фактором повседневной жизни для надежного захвата и удержания объектов.

Сочетание сдвига с отклонением от вертикального положения приводит к увеличению чувствительности. Существует несколько технических реализаций сдвиговых дисплеев, в том числе вращающиеся барабаны поверх вибрационных пьезоэлектрических дисков и поверхностные волны. Ощущение сдвига может также использоваться для создания ощущений, подобных тем, которые возникают при работе с РВ-дисплеями.

А.7 Вибрирующие жилеты и пояса

В случае, когда необходимо задействовать части тела с далеко удаленными друг от друга точками контакта, для передачи пространственно-распределенной тактильной информации возможно использование отдельных дискретных приводов вместо набора приводов. Для этой цели часто выбирают вибрирующие приводы. Были проведены исследования с вибрирующими приводами, вмонтированными в жилеты и ремни, что позволяло проектировать на поверхность тела поверхностную или пространственную информацию (см. рисунок А.5). Эти исследования привели к применению вибрирующих жилетов и поясов в различных задачах - от навигации и ориентации в пространстве до обучения сложным движениям. Однако число вибраций, которые пользователь может воспринимать одновременно, ограничено.

Рисунок А.5 - Тактильный жилет для использования в военных целях

А.8 Термические устройства

Существуют устройства, основанные на восприятии температуры. Такие устройства обычно состоят из множества нагреваемых электродов, обеспечивая пространственную информацию о распределении тепла. Трудности, связанные с использованием этой технологии, заключаются в недостаточном знании о восприятии тепловых воздействий и сложности моделирования обратной реакции системы кожной терморецепции человека в самом устройстве.

А.9 Электрические устройства

Другой способ раздражения рецепторов, расположенных в коже, состоит в использовании воздействия на кожу электрического тока (переменного). Устройства этого вида активизируют все рецепторы одновременно, вызывая некоторые осязательные ощущения. Большое преимущество этого подхода - высокое разрешение, достигаемое с помощью очень простых средств. Однако следует учитывать, что электрическая стимуляция в значительной степени зависит от изменяющихся со временем параметров электрического контакта с кожей, в том числе электронной и ионной проводимости кожи. Кроме того, электростимуляция всегда активирует нервные волокна, ответственные за болевую чувствительность (ноцицепцию).

Примечание - См. особенности болевой чувствительности в С.2.4.