HCC: Small: Perception of Accurate Interactions through Bimanual Integrated Forces and Motions

HCC:小:通过双手综合力和运动感知准确的交互

基本信息

  • 批准号:
    1319802
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-08-01 至 2018-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

It is difficult to simultaneously convey the subtle forces and motions of a task to another person when teaching a physical skill. A common technique is for the expert to move the novice through the task. But this guiding motion is only partially effective at portraying the full experience because the novice only performs the task passively. To fully experience the physical interaction, an active recreation of the actions would be much more effective. The PI's goal in this research is to enable a person to recreate the actions performed by another person while fully experiencing the forces that result from those actions. To this end, the PI will explore a bimanual approach that takes advantage of our inherent ability to synchronize motions between both sides of our bodies, to allow a person to independently generate a desired path while feeling the task-related forces actively. Note how easy it is to simultaneously draw a pair of identical circles (or other shape) with both hands. Based on this observation, and in contrast to training methods that guide the dominant hand, the PI's method will guide the non-dominant hand and ask the individual to recreate the motions in the dominant hand, which will receive all the forces involved in the interaction. In this way, one arm will both receive forces while actively generating motions and will fully experience the task forces. Prior to implementing and testing this bimanual guidance method, several experiments will be conducted to determine the involved sensorimotor control parameters; specifically, hypotheses will be tested to evaluate our abilities to recreate a motion that is applied to one hand and to evaluate whether people can be taught to perceive passively applied forces similarly to actively applied forces. In contrast to methods that aim to make the physical interaction with an environment as realistic as possible, this method is transformative in that it aims to make the perception of the physical interaction as similar as possible to another person's actions by incorporating the human's sensorimotor control system. The scientific challenge lies in determining how the two modalities (force from one side and position from the other) are integrated and in determining and overcoming the sensorimotor delays associated with perception and recreating the force.Broader Impacts: This research will fundamentally advance our understanding of force perception, bimanual interactions, and how forces and motions are cognitively integrated to perceive objects in active and passive tasks. The work will enable one person to fully experience the same physical interaction as another person, which will transform teaching and training techniques for surgeons, athletes, and helicopter and airplane pilots, among others. In addition to directly supporting a graduate and an undergraduate student, this research will also impact engineering students in the PI's class on haptics who will learn about performing psychophysical experiments on humans.
在教授一项物理技能时,很难同时将一项任务的微妙力量和动作传达给另一个人。一个常见的技巧是让专家引导新手完成任务。但这种引导动作在描述完整体验时只是部分有效,因为新手只是被动地执行任务。为了充分体验身体上的互动,对动作进行积极的再现会更有效。PI在这项研究中的目标是使一个人能够重现另一个人所做的动作,同时充分体验这些动作所产生的力量。为此,PI将探索一种双手的方法,利用我们内在的能力来同步我们身体两侧的运动,让一个人独立地产生一个想要的路径,同时积极地感受与任务相关的力量。注意用两只手同时画一对相同的圆(或其他形状)是多么容易。基于这一观察,与指导优势手的训练方法相反,PI的方法将指导非优势手,并要求个人重新创造优势手的运动,优势手将接受互动中涉及的所有力量。这样,一只手臂既能在主动产生运动的同时接受力,又能充分体验任务力。在实施和测试这种手动引导方法之前,将进行几个实验来确定所涉及的感觉运动控制参数;具体来说,我们将对假设进行测试,以评估我们重现单手运动的能力,并评估人们是否可以被教导像感知主动施加的力一样感知被动施加的力。与旨在使与环境的物理交互尽可能逼真的方法相反,这种方法具有变革性,因为它旨在通过结合人类的感觉运动控制系统,使物理交互的感知尽可能与另一个人的行为相似。科学挑战在于确定两种模式(来自一侧的力和来自另一侧的位置)如何整合,以及确定和克服与感知和重建力相关的感觉运动延迟。更广泛的影响:这项研究将从根本上推进我们对力感知、双手交互以及力和运动如何在认知上整合以感知主动和被动任务中的物体的理解。这项工作将使一个人能够完全体验到与另一个人相同的身体互动,这将改变外科医生、运动员、直升机和飞机飞行员等人的教学和训练技术。除了直接支持一名研究生和一名本科生外,这项研究还将影响PI触觉课上的工程专业学生,他们将学习如何在人类身上进行心理物理实验。

项目成果

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