Haptic interfaces and their application on computer mediated tactile communication

Abstract

The sense of touch not only is a channel for acquiring information about the environment around us, it is also our most social sense. However, haptic interaction is usually implemented as a gimmick feature in modern interfaces. Although multimodal communication is commonplace in Virtual Environments, the most accessible Virtual Reality technologies do not even include the haptic component as a fundamental part. This thesis presents studies on perception, user performance, and user experience with vibrotactile communication devices built to support different interactive tasks in virtual and physical environments. We have assessed different haptic actuators, tactile display configurations, body sites, user profiles and methods to design a robust tactile platform. Such platform was finally built as a vibrotactile display to be worn around the head and to support spatial awareness and communication in both virtual and physical environments. During our research, we particularly notice that the proactive use of touch for intercommunication is surprisingly neglected regardless of its importance for communication. Therefore, we have also directed our attention to elements present in speech articulation to introduce proactive haptic articulation as a novel approach for intercommunication. We propose that the ability to use a haptic interface as a tool for implicit communication can supplement communication and support near and remote collaborative tasks in different contexts. In addition, an articulatory interface can provide a direct and expressive way for communicating through tactile cues. To demonstrate that, our results were applied to the design of a vibrotactile head-mounted display especially made for interaction with immersive virtual environments. Such apparatus was shown not only to support guidance in 3D space but also to support intercommunication in collaborative virtual environments. In addition to our technical contributions regarding the construction of a fully tested tactile display for multiple tasks and contexts, our main contribution is the conception and demonstration of a new paradigm for tactile interaction. Such paradigm focuses on providing simple and direct ways for individuals to express themselves through tactile cues in computer-mediated interaction with their environment and with others. Such paradigm embraces the final users and allows them to become interlocutors rather than just receivers of the haptic feedback.

Além de um canal para adquirir informações sobre o ambiente ao nosso redor, o sentido do tato é também o nosso sentido mais social. No entanto, a interação háptica é geralmente implementada como chamariz nas interfaces modernas. Embora a comunicação multimodal seja comum em Ambientes Virtuais, as tecnologias de Realidade Virtual mais acessíveis nem sequer incluem o componente háptico como parte fundamental. Esta tese apresenta estudos sobre percepção, desempenho do usuário, e experiência do usuário com dispositivos de comunicação vibrotátil construídos para suportar diferentes tarefas interativas em ambientes virtuais e físicos. Foram avaliados diferentes atuadores hápticos, configurações de exibição tátil, locais do corpo, perfis de usuário, e métodos para se projetar uma plataforma tátil robusta. Tal plataforma foi finalmente construída como uma tela vibrotátil para ser usada ao redor da cabeça e para suportar tarefas de consciência espacial e comunicação em ambientes virtuais e físicos. Durante a pesquisa foi observado que, apesar de sua importância para a comunicação, o uso proativo de háptica para intercomunicação é surpreendentemente negligenciado. Portanto, foi dada especial atenção aos elementos presentes na articulação da fala para introduzir a articulação háptica proativa como uma nova abordagem para intercomunicação. Foi proposto que a habilidade de usar uma interface háptica como uma ferramenta para comunicação implícita pode suplementar a comunicação e suportar tarefas colaborativas próximas e remotas em diferentes contextos. Além disso, uma interface articulatória pode fornecer um modo direto e expressivo de se comunicar através de sinais táteis. Para demonstrar isso, os resultados dessa pesquisa foram aplicados ao projeto de uma tela montada na cabeça com vibração, especialmente feita para interação com ambientes virtuais imersivos. Tal aparato mostrou-se útil não apenas para orientação no espaço 3D, mas também para intercomunicação em ambientes virtuais colaborativos. Além de nossas contribuições técnicas em relação à construção de uma tela tátil totalmente testada para múltiplas tarefas e contextos, nossa principal contribuição é a concepção e demonstração de um novo paradigma de interação tátil. Tal paradigma se concentra em fornecer maneiras simples e diretas para que indivíduos se expressem através de sinais táteis em aplicações mediadas por computador para interair com seu ambiente e com outros indivíduos. Esse paradigma envolve os usuários finais e permite que eles se tornem interlocutores ao invés de meros receptores do feedback tátil.