Lab studerer teknologi, der kommunikerer ved berøring

Forestil dig panikken. Brandalarmer blærer. Røg fylder rummet, og du sidder kun tilbage med følesansen, føler sig desperat langs vægge, mens du forsøger at finde døren.

Forestil dig nu teknologi, der guider dig ved følesans. Dit smartur, advaret af de samme alarmer, begynder at "tale" gennem din hud, giver retninger med kodede vibrationer, klemmer og slæbebåde med betydninger så klare som talte ord.

Dette scenario kan spille ud i fremtiden takket være teknologi under udvikling i laboratoriet hos Rice -maskiningeniør Marcia O'Malley, der har brugt mere end 15 år på at studere, hvordan mennesker kan bruge haptisk sans til at interagere med teknologi - det være sig robotter, protetiske lemmer eller slagtilfælde-rehabiliteringssoftware.

"Huden dækker hele vores krop og har mange slags receptorer i den, og vi ser det som en underudnyttet informationskanal, "sagde O'Malley, direktør for Rice Robotics Initiative og Rices Mechatronics and Haptic Interfaces Laboratory (MAHI).

Nødsituationer som brandscenariet beskrevet ovenfor er kun et eksempel. O'Malley sagde, at der er mange "andre situationer, hvor du måske ikke vil se på en skærm, eller du har allerede vist mange ting visuelt. For eksempel, en kirurg eller en pilot kan finde det meget nyttigt at have en anden kommunikationskanal. "

Med ny finansiering fra National Science Foundation, O'Malley og Stanford University samarbejdspartner Allison Okamura vil snart begynde at designe og teste blødt, bærbare enheder, der tillader direkte berøringsbaseret kommunikation fra robotter i nærheden. Finansieringen, som er muliggjort af National Robotics Initiative, er rettet mod at udvikle nye kommunikationsformer, der omgår visuel rod og støj til hurtigt og tydeligt at kommunikere.

"Nogle lagre og fabrikker har allerede flere robotter end menneskelige arbejdere, og teknologier som selvkørende biler og fysisk hjælpemidler vil gøre menneske-robot-interaktioner langt mere almindelige i den nærmeste fremtid, "sagde O'Malley, Rices Stanley C. Moore Professor i maskinteknik og professor i både datalogi og el- og computerteknik.

Blød, bærbare enheder kan være en del af en uniform, som et ærme, handske, urrem eller bælte. Ved at levere en række haptiske tegn - som en hård eller blød klemning, eller en strækning af huden i en bestemt retning og et bestemt sted, O'Malley sagde, at det kan være muligt at opbygge et betydeligt "ordforråd" af fornemmelser, der bærer specifikke betydninger.

"Jeg kan se en bils blinklys, men kun hvis jeg ser på det, "O'Malley sagde." Vi vil have teknologi, der giver folk mulighed for at mærke robotterne omkring dem og klart forstå, hvad disse robotter er ved at gøre, og hvor de er ved at være. Ideelt set, hvis vi gør dette korrekt, ledetrådene vil være lette at lære og intuitive. "

For eksempel, i en undersøgelse præsenteret denne måned på International Symposium on Wearable Computers (ISWC) i Singapore, MAHI -kandidatstuderende Nathan Dunkelberger viste, at brugerne havde brug for mindre end to timers træning for at lære at "mærke" de fleste ord, der blev transmitteret af et haptisk armbånd. Det MAHI-udviklede "multi-sensoriske interface af stretch, klem og integrerede vibrotaktile elementer, "eller MISSIVE, består af to bånd, der passer rundt om overarmen. En af disse kan forsigtigt klemme, som en blodtryksmanchet, og kan også lidt strække eller trække huden i en retning. Det andet bånd har vibrotaktile motorer - de samme vibrerende alarmer, der bruges i de fleste mobiltelefoner - foran, tilbage, venstre og højre side af armen.

Brug af disse tegn i kombination, MAHI oprettede et ordforråd med 23 af de mest almindelige vokallyde for engelsktalende. Disse lyde, som kaldes fonemer, bruges i kombination til at lave ord. For eksempel, ordene "ouch" og "chow" indeholder de samme to fonemer, "ow" og "ch, "i anden rækkefølge. O'Malley sagde, at kommunikation med fonemer er hurtigere end at stave ord bogstav for bogstav, og emner behøver ikke at vide, hvordan et ord staves, kun hvordan det udtales.

Dunkelberger sagde, at engelsktalende bruger 39 fonemer, men til proof-of-concept undersøgelsen, han og kolleger på MAHI brugte 23 af de mest almindelige. I test, forsøgspersonerne fik begrænset træning - kun 1 time, 40 minutter - hvilket indebar at høre det talte fonem, samtidig med at det føltes som vist af MISSIVE. I senere test, forsøgspersonerne blev bedt om at identificere 150 talte ord bestående af to til seks fonemer hver. De testede fik 86 procent af ordene korrekte.

"Det viser, at det er muligt, med en begrænset træning, at lære folk et lille ordforråd med ord, som de kan huske med høj nøjagtighed, "Sagde O'Malley." Og der er helt sikkert ting, vi kunne optimere. Vi kunne gøre tegnene mere markante. Vi kunne finpudse træningsprotokollen. Dette var vores prototype tilgang, og det fungerede ret godt. "

I NSF -projektet hun sagde, at teamet ikke vil fokusere på at formidle ord, men formidle ikke-verbal information.

"Der er mange potentielle applikationer til bærbare haptiske feedback -systemer, der giver mulighed for kommunikation mellem individer, mellem enkeltpersoner og robotter eller mellem enkeltpersoner og virtuelle agenter som Google maps, "O'Malley sagde." Forestil dig et smartwatch, der kan formidle et helt sprog til tegn direkte til dig, og privat, så du slet ikke behøver at se på din skærm. "