[논문 리뷰] It's All in the Timing: Principles of Transient Distraction Illustrated with Vibrotactile Tasks

Christopher L. Asplund, Takashi Obana외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 20.

Tactile and Sensory Interactions참고 문헌 78인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 일시적인 진동 촉각 및 청각 자극이 촉각 작업 성능을 어떻게 방해하는지 조사하며, 자극이 목표 자극 이후 350ms 이내에 발생할 경우 방해 효과가 가장 크다는 것을 밝혀냈다. 주요 발견은 자극의 모odal이 아니라 시기(시작 시차)가 방해를 좌우한다는 점이다: 짧고 예측할 수 없는 자극은 감지 및 인식 능력을 떨어뜨리지만, 지연 시간이 길어지거나 반복 노출이 이루어지면 효과가 감소한다. 이는 웨어러블 촉각 장치 설계 원칙을 도출하는 데 기여한다.

ABSTRACT

Vibration is an efficient way of conveying information from a device to its user, and it is increasingly used for wrist or finger-worn devices such as smart rings. Unexpected vibrations or sounds from the environment may disrupt the perception of such information. Although disruptive effects have been systematically explored in vision and audition, they have been less examined in the haptic domain. Here we briefly review the relevant literature from HCI and psychology, distilling principles of when distraction is likely. We then investigate these principles through four experiments, examining how the timing and modality of relatively rare or unexpected stimuli (surprise distractors) affects the detection and recognition of vibrotactile target patterns. At short distractor-target delays (< 350 ms), both auditory and vibrotactile surprise distractors impaired performance. At a longer delay (1050 ms), performance was not affected overall, even being improved with repeated exposure to the vibrotactile distractors. We discuss the importance of our findings in the context of HCI and cognitive psychology, and we provide design guidelines for mitigating the effects of distraction on haptic devices.

연구 동기 및 목표

• 의도치 않은 일시적 자극이 웨어러블 기기에서 촉각 인지에 어떻게 영향을 미치는지 이해하기 위해.
• 촉각 패턴 인식 작업에서 진동 촉각 또는 청각 자극이 성능에 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 시기(자극 시작 시차, SOA)와 모달이 방해 효과에 어떻게 영향을 미치는지 규명하기 위해.
• 웨어러블 촉각 인터페이스에서 방해를 최소화하기 위한 설계 지침을 도출하기 위해.
• 반복 노출이 뜻밖의 자극의 방해 효과를 줄이는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 참가자들이 진동 촉각 패턴 감지 및 식별 작업을 수행하는 4개의 통제 실험을 실시하였다.
• 목표 패턴과 놀라운 자극 사이의 시기(자극 시작 시차, SOA)를 조작하였다(단기: <350 ms, 장기: 1050 ms).
• 스마트워치, 스마트 링 등 실제 웨어러블 기기의 구현을 위해 상용 진동 모터를 사용하였다.
• 교차 모달 및 내모달 자극 효과를 비교하기 위해 진동 촉각 및 청각 자극을 모두 활용하였다.
• 다양한 SOA와 모달 조건에서 성능 정확도와 반응 시간을 측정하여 자극의 영향을 평가하였다.
• 반복 노출을 통해 시간이 지남에 따라 자극의 영향이 줄어드는지 습관화 효과를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 놀라운 자극의 시기가 진동 촉각 패턴 인식 작업 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 진동 촉각 자극이 청각 자극보다 촉각 처리에 더 강한 방해 효과를 미치는가?
• RQ3 자극에 반복 노출하면 그 방해 효과가 감소하는가?
• RQ4 방해 효과는 모달에 특이적인가, 아니면 다양한 감각 채널으로 일반화되는가?
• RQ5 시기를 활용하여 방해를 최소화하거나 촉각 인터페이스에서 주의 유도 신호로 활용할 수 있는가?

주요 결과

• 단기 SOA(<350 ms)에서는 진동 촉각 및 청각 자극 모두 목표 패턴 감지 및 인식 능력을 유의미하게 저하시켰다.
• 장기 SOA(1050 ms)에서는 자극 효과가 더 이상 유의미하지 않았고, 반복 노출이 이루어지면 성능마저 향상되었다.
• 내모달 진동 촉각 자극의 방해 효과가 교차 모달 청각 자극보다 더 강했으며, 이는 모달 특이적인 주의 집중을 의미한다.
• 다양한 패턴 강도가 있었음에도 불구하고, 놀라운 자극은 모든 목표 패턴의 인식을 거의 동일하게 방해하였다.
• 동일한 진동 촉각 자극에 반복 노출하면 그 방해 효과가 감소하였으며, 이는 시간이 지남에 따라 습관화가 일어났음을 시사한다.
• 결과는 뜻밖의 자극이 촉각 처리에 가장 크게 방해하는 임계 시간 창(~350 ms)이 존재한다는 것을 뒷받침한다.