Experimental Haptic Navigation

Experimental Haptic Navigation

Intention / Motivation - Wie funktioniert Navigation? 

Konventionelle Navigation läuft in der Regel über den visuellen Kanal ab.(Karten, Schilder Leitsysteme, Kompass...) Moderne Navigationssysteme ergänzen dies durch auditive Ausgabe. 

Oft sind diese Kanäle bereits belegt oder gar überansprucht, beispielsweise in einer Verkehrssituation. So wird die auditive Ausgabe des Autonavigationsgarätes oft vom Autoradio übertönt. Daraus ergab sich die Frage, welche anderen Kanäle zum Zweck der Navigation genutzt werden können.

Diese Semesterarbeit stellt einen experimentellen Ansatz zur haptischen Navigation dar.

Recherche - Ansätze haptischer Navigation

Es existieren bereits einige wenige Ansätze haptischer Navigation. Oft wird mit Unwuchtmotoren (Vibrationsgebern) gearbeitet, um Richtungen zu zeigen. 

Theoretische Grundlagen - Was ist Haptik?

Als haptische Wahrnehmung (griech.: haptikos = greifbar) bezeichnet man das aktive Erfühlen von Größe, Konturen, Oberflächentextur, Gewicht usw. eines Objekts durch Integration aller Hautsinne und der Tiefensensibilität.

Die Gesamtheit der haptischen Wahrnehmungen erlaubt es dem Gehirn, mechanische Reize, Temperaturreize und Schmerz zu lokalisieren und zu bewerten.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Haptische_Wahrnehmung, 18.11.08

Haptische Wahrnehmung bezieht sich auf den Kontakt des Menschen mit seiner Umwelt durch "Berührung" mit dem Körper. Hierbei sind zwei Mechanismen zu unterscheiden.

- Taktile Reize

- Kinästhetische Reize

Die taktilen Reize werden durch Rezeptoren in der Haut empfangen und weitergeleitet. Hierdurch werden Temperatur, Druck, Vibration und Schmerz vermittelt. Durch kinästhetische Reize wird der Zustand der Arme und Gelenke angesprochen. Hierzu gehören die Muskelanspannung und der Winkel der Gelenke.

Taktile Reize und zugehörige Zelltypen

Kinästhetische Erkundungsprozeduren

Formfindung

Um eine geeignete Form zu finden, auf die sich Richtungen übertragen lassen, wurden einige Modelle aus Weissschaum produziert. Wichtige Erkenntnis hierbei war, daß die Form bereits eine Richtung aufweisen muss, damit man mit ihr navigieren kann. Im Gegensatz zum bisherigen Ansatz, die Navigation über Vibrationsgeber erfühlbar zu machen, sollte bewusst die Möglichkeit einer Formveränderung untersucht werden.

Untersuchung konventioneller Systeme

Die Navigation mit Karten und modernen Navigationssystemen wurde im Hinblick auf deren Feedback / Ausgabesitiation untersucht. Die Parameter wurden analysiert und auf die Form übertragen.

Modellbau

Es entstanden Überlegungen zur Realisierung eines Prototyps. Haptische Navigation muss erfahren werden, um die theoretischen Überlegungen zu überprüfen. Der Aufbau des Geräts umfasst ein Arduinoboard Mini (1), einen Modellbauservo (2), Batteriehalterungen zur Energieversorgung. Der Prototyp wird durch ein Potentiometer gesteuert. Flexible Spanten ermöglichen die Veränderung der Form. Für ein autarkes System wird ausserdem ein Magnetfeldsensor(3) und ein GPS-Modul(4) benötgt.

Bezugsquellen:

1 - http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMini

2 - http://www.conrad.de/goto.php?artikel=231834

3 - http://www.zerko.ch/parallaxshop/53063796910835602/5306379691083d718.php

4 - http://www.sander-electronic.de/gm00002.html

Untersuchung

In einer Untersuchung mit mehreren Probanden wurde die Qualität der Lesbarkeit des Geräts überprüft. Die Untersuchung befasst sich mit der subjektiven Wahrnehmung der Probanden. Hieraus ergaben sich Optimierungsvorschläge zur Formveränderung.

Video

Ausblick

In Zukunft können haptische Navigationssysteme zur Unterstützung Sehbehinderter Menschen eingesetzt werden. Ihre direkte Umgebung ist für Sehbehinderte bereits durch einen Blindenstock erfahrbar. Zur globalen Orientierung können haptische Navigationssysteme eingesetzt werden. 

Weiterführende Quellen: 

"Untersuchung gestaltungsrelevanter haptischer Einflußmöglichkeiten in erweiterten Realitäten " - Diplomarbeit von Ron Jagodzinski und Götz Wintergerst, HfG Schwäbisch Gmünd 2003

"Haptika - Virtuelle, taktile Orientierungshilfe für Blinde" - Clemens Bey, HfG Schwäbisch Gmünd 2006