Avetta, Gastón (2024) Construcción de códigos óptimos para transmisión de información con dispositivos hápticos / Construction of optical codes for information transmission with haptic devices. Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 2757Kb |
Resumen en español
La háptica se refiere a la adquisición de información y la manipulación de objetos mediante el sentido del tacto, ya sea por humanos o por máquinas. Este Proyecto Integrador forma parte de un proyecto de mayor envergadura del Departamento de Física Médica, cuyo objetivo es construir un dispositivo de bajo costo para transmitir información mediante estímulos táctiles. El desafío es desarrollar un código optimo que maximice la tasa de transmisión de información y minimice los errores de decodificación. Para lograr este objetivo, es necesario caracterizar el espacio perceptual, determinando cuáles son los parámetros físicos que permiten la discriminación entre estímulos, así como diseñar un alfabeto de símbolos eficiente. En trabajos anteriores se concluyó que las librerías de estímulos comerciales prefabricados son ineficientes, por lo que este Proyecto Integrador se centró en diseñar y suministrar estímulos con perfiles temporales diseñados por el usuario. Se implementó un sistema electromecánico de bajo costo, y se caracterizó su funcionamiento con el objeto de comprender la relación entre las entradas eléctricas y las salidas mecánicas. Se intentó modelar el sistema como lineal e invariante en el tiempo, pero esta aproximación resultó inadecuada, por lo que se realizó un estudio sistemático de algunos de los comportamientos no lineales. A pesar de los desafíos en lograr predicciones precisas mediante modelos matemáticos, se verificó que el dispositivo generaba estímulos que variaban significativa y consistentemente con los parámetros controlados, demostrando su capacidad para transmitir información táctil de manera confiable. Esto permitió utilizar el dispositivo para realizar estudios perceptuales, e investigar un fenómeno previamente sugerido en trabajos previos: la asimetría en umbrales de discriminación, observada cuando se invierte el orden de los estímulos comparados. Este fenómeno fue caracterizado para estímulos que difieren en amplitud, confirmándose asimetrías significativas en aproximadamente la mitad de los participantes, con una variabilidad considerable tanto en magnitud como en dirección. Estos hallazgos sugieren que la transmisión de información óptima requiere desarrollar códigos adaptados a cada usuario, destacando la importancia de enfoques personalizados en el desarrollo de tecnologías hápticas.
Resumen en inglés
Haptics involves gathering tactile information and manipulating objects through touch, whether by humans or machines. This Final Project is part of a larger-scale ongoing program in the Department of Medical Physics aimed at developing a low-cost device for transmitting information through tactile stimuli. The objective is to optimise the coding scheme to maximise information transmission rate while minimising decoding errors. To achieve this goal, the project involves characterising the perceptual space to identify physical parameters enabling discrimination of tactile signals and developing an efficient alphabet. Previous studies have shown that commercial libraries of pre-fabricated stimuli are inefficient. Therefore, this Final Project focused on designing and rendering tactile stimuli with custom-made temporal profiles. A low-cost electromechanical system was developed, and later characterised by correlating electric inputs with mechanical outputs. Initially, attempts were made to model the device as a linear time-invariant system, but the derived predictions were poor, so a systematic exploration of some of the non-linear properties of the system was carried out. Despite challenges in prediction accuracy, the device was proved to consistently generate vibrations varying significantly with the controlled parameters and reliably across trials, demonstrating its ability to transmit tactile information. It was therefore employed in behavioural studies to investigate a phenomenon previously hinted at in previous studies: an asymmetry in discrimination thresholds when changing the ordering of the compared stimuli. Significant asymmetries were confirmed in approximately half of the tested population, with considerable variability observed in both magnitude and direction. These findings suggest that optimal information transmission requires individually tailored coding schemes, highlighting the importance of personalised approaches in the development of haptic technologies.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones) |
|---|---|
| Palabras Clave: | [Haptics; Háptica; Electromechanical characterization; Caracterización electromecánica; Perception; Percepción; Assymetric discriminability; Discriminación asimétrica] |
| Referencias: | [1] Srinivasan, M. What is Haptics? Artículo de revisión, Laboratory for Human and Machine Haptics: The Touch Lab, Massachusetts Institute of Technology, 1995. 1 [2] Andrews, S., Mora, J., Lang, J., Won-Sook, L. HaptiCast: A Physically-Based 3D Game with Haptic Feedback, 2006. 1 [3] Morris, D., Joshi, N., Salisbury, K. Haptic Battle Pong: High-Degree-of-Freedom Haptics in a Multiplayer Gaming Environment, 2004. 1 [4] Weber, B., Eichberger, C. The Benefits of Haptic Feedback in Telesurgery and Other Teleoperation Systems: A Meta-Analysis, 2015. 1 [5] Shen, X., Gao, J., Li, M., Zhou, C., Hu, S., He, M., et al. Toward immersive communication in 6G. Frontiers in Computer Science, 2023. 1 [6] Cover, T., Thomas, J. Elements of Information Theory. John Wiley & Sons, 2006. 2 [7] Cuevas, S. Estudio de mecanismos de control para actuadores Hápticos. Trabajo de Laboratorio Avanzado, Instituto Balseiro, 2021. 2, 3, 7, 11, 12, 61 [8] Rodríguez, R. A. Caracterización del espacio perceptual de estímulos hápticos. Proyecto Integrador de Ingeniería en Telecomunicaciones, Instituto Balseiro, 2022. 2, 3, 4, 7, 8, 39, 41, 46, 62 [9] InvenSense. MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification. www.invensense. tdk.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf, Agosto 2013. Accedido por ´ultima vez el 21/03/2024. 12 [10] Pololu. Shaftless Vibration Motor 10x2.0mm. www.pololu.com/product/1638. Accedido por ultima vez el 21/03/2024. 12 [11] Texas Instruments. DRV2605 Haptic Driver for ERM and LRA With Built-In Library and Smart-Loop Architecture. www.ti.com/lit/ds/symlink/drv2605.pdf, Diciembre 2012. Accedido por ´ultima vez el 21/03/2024. 12 [12] Espressif Systems. ESP32-WROOM-32 Datasheet. www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-wroom-32_datasheet_en.pdf, 2023. Accedido por ultima vez el 21/03/2024. 12 [13] Haykin, S., Van Veen, B. Signals and Systems. John Wiley & Sons, 2003. 14 [14] Barlow, R. Statistics: A Guide to the Use of Statistical Methods in the Physical Sciences. John Wiley & Sons, 1989. 52 |
| Materias: | Ingeniería en telecomunicaciones > Háptica |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Física médica |
| Código ID: | 1255 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 13 Sep 2024 11:09 |
| Última Modificación: | 13 Sep 2024 11:09 |
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