[논문 리뷰] Effects of Haptic Feedback on the Wrist during Virtual Manipulation

Mine Saraç, Allison M. Okamura외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 12.

Tactile and Sensory Interactions참고 문헌 31인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 가상 조작 중 손목에 정상 또는 비스듬한 피부 확장 자극을 제공하는 착용형 브라우스를 사용하여 손목에서의 촉각 피드백을 조사한다. 결과적으로 피드백 위치 간에 강성 인식에 유의미한 차이가 없었으며, 이는 가상 물체 인식에서 피드백 위치보다 효과적인 피부 자극이 더 중요하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We propose a haptic system for virtual manipulation to provide feedback on the user's forearm instead of the fingertips. In addition to visual rendering of the manipulation with virtual fingertips, we employ a device to deliver normal or shear skin-stretch at multiple points near the wrist. To understand how design parameters influence the experience, we investigated the effect of the number and location of sensory feedback on stiffness perception. Participants compared stiffness values of virtual objects, while the haptic bracelet provided interaction feedback on the dorsal, ventral, or both sides of the wrist. Stiffness discrimination judgments and duration, as well as qualitative results collected verbally, indicate no significant difference in stiffness perception with stimulation at different and multiple locations.

연구 동기 및 목표

• 가상 조작 중 손목의 촉각 피드백 지점의 위치와 수가 강성 인식에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 가상 물체 상호작용 작업에서 손목의 정상 방향과 비스듬한 방향 피드백의 효과성을 비교하기 위해.
• 손목의 등골 측, 복면 측 또는 양측에 피드백을 제공했을 때 사용자 성능와 선호도를 평가하기 위해.
• 피드백 위치가 가상 강성 식별 작업의 정확도 또는 반응 시간에 영향을 미치는지 여부를 확인하기 위해.
• 손가락을 자유롭게 하면서 가상 환경에서의 인지 정확성을 유지할 수 있는 향후 착용형 촉각 장치 설계를 안내하기 위해.

제안 방법

• 정상 또는 비스듬한 피부 확장 자극을 손목의 등골 측, 복면 측 또는 양측에 제공할 수 있는 선형 액추에이터를 탑재한 맞춤형 촉각 브라우스를 설계하였다.
• 손가락 끝의 운동을 모니터링하기 위해 trakSTAR 추적 시스템을 사용하였고, 가상 물체의 강성을 렌더링하기 위해 CHAI3D 기반 가상 환경을 사용하였다.
• 참가자들은 강성 범위가 0.1–0.5 N/mm인 가상 상자와 상호작용하며 더 강한 것을 선택하였으며, 브라우스를 통해 실시간으로 피드백을 받았다.
• 두 가지 피드백 방향(정상 방향(피부에 수직), 비스듬한 방향(피부에 평행))을 테스트하였으며, 피드백은 한 곳 또는 여러 곳의 손목 위치에 적용되었다.
• 반복 측정 실험 설계를 통해 훈련 및 테스트 블록을 실시하였고, 12명의 참가자들 간에 조건 순서를 무작위로 배치하였다.
• 성능 차이를 평가하기 위해 반복 측정 ANOVA를 사용하여 데이터를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 손목의 촉각 피드백 위치(등골 측, 복면 측 또는 양측)가 강성 식별 성능에 유의미한 영향을 미치는가?
• RQ2 촉각 피드백 방향(정상 대비 비스듬한)이 가상 조작 작업에서 사용자 정확도와 반응 시간에 영향을 미치는가?
• RQ3 사용자가 선호하는 피드백 위치와 실제 강성 식별 성능 간에 유의미한 상관관계가 있는가?
• RQ4 피드백 지점의 수(1개 대비 다수)가 가상 물체 강성 인식에 영향을 미치는가?
• RQ5 피드백 위치 또는 방향에 따라 사용자의 편안함 또는 실감 나는 느낌에 유의미한 차이가 있는가?

주요 결과

• 피드백 위치 간에 강성 식별 정확도에 통계적으로 유의미한 차이가 없었으며, 전체적으로 p = 0.0855였다.
• 정상 방향에서만 성능에 유의미한 차이가 관찰되었으며(p = 0.01655), 비스듬한 방향에서는 유의미한 차이가 없었다(p = 0.7633).
• 반응 시간은 비스듬한 방향에서만 유의미한 차이가 있었으며(p = 0.01854), 정상 방향에서는 유의미한 차이가 없었다(p = 0.8068).
• 사용자들은 양측에 피드백을 제공하는 것을 선호하였으며(12명 중 5명), 그러나 오직 3명만 감각에 차이가 없다고 보고하였다.
• 가장 뚜렷한 피드백을 느꼈다고 보고한 참가자는 등골 측에서 5명, 복면 측에서 3명, 양측에서 4명이었으며, 이는 감각의 비대칭성 가능성을 시사한다.
• 사용자가 가장 잘 수행한 위치와 가장 뚜렷하거나 선호하는 위치 간에 상관관계가 발견되지 않았다.