Hardware reconfigurável para interface háptico

Abstract

A evolução tecnológica que se vive actualmente também se faz sentir no domínio das interfaces de utilizador, sendo de notar uma crescente preocupação na dimensão táctil destas interfaces. Haptic é uma terminologia utilizada para a interacção homem-máquina através da via sensorial do toque. Esta abrange, entre outros temas, a percepção, a concepção e até a comunicação por meio do toque. Nos próximos anos, com a maturação das tecnologias hápticas, prevê-se uma adopção generalizada por parte da indústria e a utilização desta tecnologia nos automóveis, na medicina ou em ambientes virtuais. O Embedded Systems Research Group (ESRG) da Universidade do Minho desenvolveu, como prova de conceito, um sistema háptico. Este consiste num conjunto de transdutores ultra-sónicos, controlados de forma precisa para criarem um ponto focal, em pleno ar, que é capaz de induzir uma sensação de toque ao utilizador. No entanto, esta tecnologia apresenta problemas que podem limitar a sua aceitação. A percepção do ponto focal é considerada ténue para determinadas aplicações e, para gerar o ponto focal, a tecnologia cria um campo acústico de elevada pressão sonora. Este último factor pode ser inclusivé um risco para a saúde humana, nomeadamente a nível auditivo. Os objetivos principais para a dissertação são o levantamento do estado da arte associado à perceção humana do toque provocado por um sistema ultra-sónico Mid-Air Haptic. É também realizada uma análise detalhada ao sistema existente de modo a proceder-se à sua otimização, tanto ao nível do protótipo existente, do modelo de simulação em MATLAB (optimizado e validado recorrendo a metrologia), como pela integração de novas funcionalidades na arquitectura interna do sistema. No global, o presente trabalho de investigação permitiu uma maior compreensão da tecnologia, estabelecendo um novo conjunto de oportunidades de desenvolvimento. De modo a reduzir o consumo de energia e a dissipação de calor nos transdutores, foram desenvolvidas estratégias de actuação do conjunto de transdutores.

The technological evolution that is currently experienced is also been felt in the domain of user interfaces, with a growing concern in the tactile dimension of these interfaces. Haptic is a terminology used for human-machine interaction through the sense of touch. This covers, among other topics, perception, conception, and even communication through touch. In the coming years, with the maturation of haptic technologies, the widespread adoption by the industry and the use of this technology in cars, medicine or in virtual environments is expected. The Embedded Systems Research Group (ESRG) of the University of Minho developed a haptic system as proof of concept. This consists of a set of ultrasonic transducers, precisely controlled to create a focal point, in midair, which is capable of inducing a feeling of touch to the user. However, this technology presents problems that can limit its acceptance. The perception of the focal point is considered tenuous for certain applications and, to generate the focal point, the technology creates an acoustic field of high sound pressure. This last factor can even be a risk to human health, namely for the auditory system. The dissertation’s main objectives are to survey the state of the art associated with the human perception of touch caused by an Ultrasonic Mid-Air Haptic system. A detailed analysis is also carried out on the existing system to proceed to its optimization, both in terms of the existing prototype and the MATLAB simulation model (optimized and validated using metrology), as well as by the integration of new functionalities in the internal architecture of the system. Overall, the present research work allowed a greater understanding of the technology, establishing a new set of development opportunities. In order to reduce energy consumption and heat dissipation in the transducers, strategies were developed for the set of transducers.