Emulating Textures Using Vibrotactile Technology: HaptTech System and its Adaptation to a Commercial Kinesthetic Interface

Emulando texturas usando tecnología vibrotáctil: sistema HaptTech y su adaptación a una interfaz cinestésica comercial

Este artículo presenta el desarrollo y las pruebas de un prototipo de interfaz táctil, HaptTech, que aplica patrones de estimulación vibrotáctil a la yema del dedo, así como un análisis de su rendimiento cuando se acopla a la interfaz cinestésica comercial Novint Falcon. Su aplicabilidad en el entretenimiento digital espera mejorar el nivel de inmersión en escenarios de realidad virtual. En el primer experimento, un grupo de 75 sujetos comparó tres estímulos de vibración diferentes que emulaban distintas texturas. Evaluaron los estímulos en una escala de 1 a 10, donde 1 significa "diferencias no perceptibles" y 10 "totalmente diferenciables". Los valores medios obtenidos fueron 9 (texturas 1 y 3), 8,29 (texturas 1 y 2) y 7,43 (texturas 2 y 3), lo que indica la capacidad de HaptTech para reproducir estímulos diferenciables. En el segundo experimento, 31 sujetos evaluaron el acoplamiento entre HaptTech y Novint Falcon. Percibieron diferencias cuando se activó el sistema HaptTech en el contexto de una comparación entre estímulos cinestésicos y vibrotáctiles más cinestésicos. En el tercer experimento, los sujetos evaluaron la similitud entre los estímulos percibidos en la mano y un patrón de textura visualizado en un entorno virtual. Los valores medios resultantes fueron 8, 8 y 9 para las texturas 1, 2 y 3, respectivamente, lo que demuestra que los sujetos percibieron una elevada correspondencia para cada una de ellas.

INTRODUCCIÓN

El tacto es el sentido que obtiene información de objetos físicos mediante actividades exploratorias hápticas ( Bremner y Spence, 2017 ). Este sentido cuenta con receptores nerviosos distribuidos en la piel, transfiriendo diferentes tipos de estímulos energéticos a impulsos nerviosos.

Algunos ejemplos son la energía térmica detectada por termorreceptores o la energía mecánica detectada por mecanorreceptores. Los mecanorreceptores detectan estímulos de la piel como vibración, estiramiento, presión y textura ( Fox, 2014 ; French y Torkkeli, 2009 ). Los estímulos de vibración se pueden detectar en un rango de 8 a 400 Hz ( Griffin, 2012 ). La piel también contiene nociceptores, que generan una alerta biológica cuando detectan estímulos dañinos o potencialmente dañinos. Otro tipo de receptor es el propioceptor, ubicado en músculos y tendones, que indica la ubicación del cuerpo y de otros objetos. Este tipo de receptor está relacionado con la cinestesia ( Proske y Gandevia, 2012 ).

De manera análoga, las interfaces hápticas (HI) son elementos o dispositivos que estimulan receptores relacionados con el tacto. Las HI se dividen en interfaces táctiles y cinestésicas para replicar características esenciales tangibles y de sujeción de objetos reales, respectivamente. Ambos tipos de estímulos son necesarios para reproducir la sensación de contacto y manipulación de un objeto dentro de un entorno virtual o remoto ( Golledge et al., 2006 ; O´Malley y Gupta, 2008 ).