Point-Wise Vibration Pattern Production via a Sparse Actuator Array for Surface Tactile Feedback

要約

表面振動触覚フィードバックは、スマートフォン、タッチパネル、ゲームコントローラーなどのハンドヘルド電子機器を介して、さまざまな意味情報を人間に伝えることができます。
ただし、デバイスの接触面全体を高密度のアクチュエータ配置で覆うと、通常の使用に影響を与える可能性があり、取り扱うデバイスの表面に数個のまばらなアクチュエータを配置しただけで、任意の接触点で望ましい振動パターンを生成する方法は依然として大きな課題です。
本研究では、スマートフォンサイズのわずか5つのアクチュエータを備えた触覚フィードバックボードを開発し、ボード全体の任意の位置に集中できる正確な振動パターンの生成を実現します。
具体的には、単一パッシブコイルアクチュエータの振動特性を調査し、その振動パターンモデルをフィードバック基板表面の任意の位置に構築します。
シミュレーテッド アニーリング アルゴリズムで見つかった最適な位相および振幅変調は、まばらなアレイ内の 5 つのアクチュエータで採用されています。
また、すべてのアクチュエータの振動パターンが線形に重ね合わされ、触覚センシングのためのさまざまなオンボード振動エネルギー分布が合成的に生成されます。
実験の結果、点に焦点を当てた理想的なターゲット振動パターンと比較した場合、当社の触覚ボード上で生成された点ごとの振動パターンは、構造類似性指数測定 (SSIM) 評価で平均約 0.9 のレベルを達成したことが実証されました。
まばらなアクチュエータ アレイは通常のハンドヘルド電子デバイスに簡単に組み込むことができ、これはその触覚インタラクション機能を強化するための重要な意味を示しています。

要約(オリジナル)

Surface vibration tactile feedback is capable of conveying various semantic information to humans via the handheld electronic devices, like smartphone, touch panel,and game controller. However, covering the whole device contacting surface with dense actuator arrangement can affect its normal use, how to produce desired vibration patterns at any contact point with only several sparse actuators deployed on the handled device surface remains a significant challenge. In this work, we develop a tactile feedback board with only five actuators in the size of a smartphone, and achieve the precise vibration pattern production that can focus at any desired position all over the board. Specifically, we investigate the vibration characteristics of single passive coil actuator, and construct its vibration pattern model at any position on the feedback board surface. Optimal phase and amplitude modulation, found with the simulated annealing algorithm, is employed with five actuators in a sparse array. And all actuators’ vibration patterns are superimposed linearly to synthetically generate different onboard vibration energy distribution for tactile sensing. Experiments demonstrated that for point-wise vibration pattern production on our tactile board achieved an average level of about 0.9 in the Structural Similarity Index Measure (SSIM) evaluation, when compared to the ideal single-point-focused target vibration pattern. The sparse actuator array can be easily embedded into usual handheld electronic devices, which shows a good significant implication for enriching their haptic interaction functionalities.

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