CAPITULO 4. Diseño de interfaces humano computadora no convencionales
4.9 Artefactos hápticos
Kortum (2008), define como ―periféricos háptico‖ a aquellos que permiten al usuario tocar, sentir o manipular objetos simulados en entornos virtuales y sistemas teleoperados. La sensación de retroalimentación táctil y de fuerzas en ambientes virtuales proveerá de sensaciones más realistas a los usuarios, permitiendo experiencias y beneficios específicos.
Las primeras investigaciones de psicología experimental sobre percepción humana y el sentido del tacto fueron hechas a principios del siglo 20. ―La construcción del mundo del tacto‖ comenzaron investigaciones que hoy en día son consideradas como referencia obligatoria para investigadores futuros. Fueron los pioneros de la psicología de percepción, una ciencia que soporta los estudios hápticos, y son considerados hoy en día como los autores clásicos.
La sensación de retroalimentación táctil y de fuerzas en ambientes virtuales proveerá de sensaciones más realistas a los usuarios, permitiendo experiencias y beneficios específicos.
Algunos de los principales campos de aplicación de los interfaces hápticos distinguiendo las interfaces humano haptic, maquina haptic y computadora haptic son:
Artes gráficas: Exhibiciones virtuales de arte, museos, escultura virtual etc.
Aprendizaje de estudiantes: las aplicaciones desde representaciones de lasfuerzas electromagnéticas y mecánicas estudiadas en las clases de física, hasta fuerzas de interacción moleculares en las de Química.
Cirugías remotas: Permite a los doctores examinar táctilmente a los pacientes para obtener mejores diagnósticos y hacer cirugías incluso si no están en el mismo lugar. Educacional: Proporcionando a los estudiantes la posibilidad de experimentar fenómenos a escalas nano y macro, escalas astronómicas, como entrenamiento para técnicos, etc.
Entretenimiento: Juegos de video y simuladores que permiten al usuario sentir y manipular objetos virtuales, etc.
Industria: Integración de interfaces hápticos en los sistemas CAD de tal forma que el usuario puede manipular libremente los componentes de un conjunto en un entorno inmersivo.
Ingeniería: Muchos productos pueden diseñarse utilizando computadores. Con una referencia de las fuerzas y la fricción entre los diferentes componentes, los diseñadores podrían verificar la efectividad del producto antes de fabricarlo.
Medicina: Simuladores quirúrgicos para entrenamiento médico, micro robots para cirugía mínimamente invasiva, etc.
Simuladores para entrenamiento: Entrenar es importante para personas que tienen que llevar a cabo acciones que requieren de alta precisión y destreza. Los simuladores son frecuentemente usados para entrenar a esas personas debido a que el entrenamiento en condiciones reales podría ser demasiado costoso o peligroso. Mientras las sensaciones que provean esos simuladores sean más realistas, la persona tendrá un rango de errores menor cuando se enfrente a la realidad.CyberTouch. Es un dispositivo háptico que se caracteriza por pequeños estimuladores vibro táctiles para cada dedo añadido a Cyberglove14®. Cada estimulador puede ser programado individualmente para variar la fuerza de la sensación de tacto. El conjunto de estimuladores pueden generar sensaciones simples como impulsos o vibraciones sostenidas y se puede usar en combinación para producir conjuntos de realimentación táctil complejos.
Fig. 63 CyberTouch (vrlogic, 2011)
Cybergrasp. Permite a los usuarios de CyberGlove® "tocar" objetos generados por computadora y experimentar realimentación realista de fuerza a través de la interfaz más natural posible, la mano. CyberGrasp es un exoesqueleto ligero no obstructivo que refleja fuerza, que se pone sobre Cyberglove® y añade una realimentación resistiva de fuerza a cada dedo. Con este sistema los usuarios pueden explorar las propiedades físicas de objetos generados en 3D y manipularlos en un mundo virtual simulado.
14 ―Galardonado en 3D de inmersión del guante. El cyberGlove es un guante totalmente instrumentado que proporciona hasta
22 mediciones de gran precisión conjunta. Utiliza propiedad de resistencia doble tecnología de detección de transformar con precisión movimientos de la mano y el dedo en digital en tiempo real de datos conjunta de ángulo. Nuestra VirtualHand ® Studio software convierte los datos en la mano gráfica que refleja los sutiles movimientos de la mano física. Está disponible en dos modelos y para cualquier mano. El modelo de 18 sensor cuenta con dos sensores de curvatura en cada dedo, cuatro sensores de secuestro, además de sensores de medición cruce el pulgar, el arco de palma, flexión de la muñeca y el secuestro de muñeca. El modelo de 22 sensor tiene tres sensores de flexión de cada dedo, cuatro sensores de abducción, un sensor de palma de la mano del arco, y sensores para medir la flexión y abducción. Cada sensor es muy delgado y flexible que prácticamente indetectable en el guante elástico ligero. El CyberGlove se ha utilizado en una amplia variedad de aplicaciones del mundo real, incluyendo la evaluación de prototipos digitales, biomecánica de realidad virtual y animación. El CyberGlove se ha convertido en el estándar de facto para la medición de la mano de alto rendimiento y en tiempo real de captura de movimiento. Diseñado para la comodidad y la funcionalidad de la CyberGlove se construye con tejido elástico para mayor comodidad y una palma de malla para ventilación. El CyberGlove 18 sensor incluye puntas de los dedos abiertos, que permiten al usuario escribir, escribir y agarrar objetos, mientras que usando el guante. El sistema básico incluye una CyberGlove CyberGlove, su unidad de instrumentación, un cable serie para conectar a su computadora y un ejecutable versión de nuestro VirtualHand pantalla gráfica modelo de la mano y el software de calibración. Muchas aplicaciones requieren la medición de la
Fig. 64Cybergrasp. (vrlogic, 2011)
Los dispositivos táctiles proporcionan una retroalimentación de fuerza para el usuario que permite sentir objetos virtuales, se utilizan para actuar inter y navegar con y dentro del entorno virtual. Las áreas de aplicación son la investigación robótica, la medicina y la tele presencia.
Fig. 65 Sensor dactilar. (Software y hardware sensorial, 2007)
A continuación se enlistan algunas caraterísticas de estos artefactos:
La tención es el "retardo entre el cambio de la posición y orientación del objetivo siendo seguido y el informe del cambio a la computadora".
Si la latencia es más grande que 50 milisegundos, lo notará por el usuario y posiblemente puede causar nausea o vértigo.
Un problema con los sistemas actuales de realidad virtual es la falta de estímulos para el sentido del tacto, por ejemplo, si un usuario trata de tomar una copa virtual No hay una manera no visual para informarle que la copa está en contacto con su mano virtual.
Tampoco hay un mecanismo para no permitir a la mano virtual traspasar la copa.
Las investigaciones sobre háptica intentan resolver estos problemas y puede ser subdividida dentro de dos sub campos: retroalimentación de fuerza (kinestésica) y de retroalimentación táctil.
La retroalimentación de fuerza es el área de la háptica que trata con dispositivos que interactúan con músculos y tendones y dan a ser humano una sensación de que se aplica una fuerza.
Estos artefactos consisten principalmente de robots manipuladores que proporcionan una reacción de fuerza al usuario con fuerzas correspondientes al ambiente virtual en el que está el órgano terminal.
La retroalimentación táctil trata con artefactos que interactúan con los nervios terminales en la piel los cuales indican la presencia de calor, presión y textura.
Estos artefactos se usan típicamente para indicar si el usuario está en contacto con un objeto virtual.
Otros artefactos de retroalimentación táctil han sido utilizados para estimular la textura de un objeto virtual.
a) Artefactos hápticos enactive
Para esta investigación nos enfocamos en los artefactos hápticos Enactive15. Las interfaces Enactive pueden utilizarse para rehabilitación, práctica de cirugía o exploración espacial. Uno de los primeros ámbitos de desarrollo de las tecnologías hápticas fue el de la rehabilitación de pacientes. Por diferentes circunstancias existen personas discapacitadas que necesitan sentir estímulos de fuerza para mejorar sus condiciones de vida y para mejorar el proceso de rehabilitación. La háptica también es usada para ayudar a personas limitadas visualmente leer y a percibir el mundo.
Para mayor información sobre distintos tipos de artefactos hápticos enactive consultar el ANEXO 2: Propuesta de análisis de productos existentes y análogos (sistemas y artefactos hápticos).
Fig. 67 Interacción con artefacto háptico The Novint Falcon. (dc393.4shared, 2009)
Se encuentran aplicaciones en controles remotos para máquinas (proporcionando a los operadores una mejor retroalimentación táctil y de fuerzas), en aplicaciones de entretenimiento como juegos, y muchos otros.
El conocimiento se obtiene con estas interfaces por medio de respuestas motoras y se alcanza a través del ―hacer‖ que es como se considera la transmisión de conocimiento de forma directa.
Existen bastantes artefactos y programas de computadora que se distribuyen de forma gratuita o bien se comercializan como adaptaciones complementarias para permitir a las personas con discapacidad o sin los recursos previstos por el diseñador el acceso a la información. Por desgracia, muchas de estas adaptaciones informáticas no se conocen lo suficiente ni están adaptadas para nuestro entorno; un ejemplo puede ser un lector de pantalla, que sólo puede leer con voz sintética textos en inglés. La selección y promoción de adaptaciones adecuadas a nuestras necesidades y la formación de profesionales en la instalación y el uso de las mismas es, por lo tanto, otro objetivo para el grupo de interés que se propone.