Name: tactile vibrating toolkit and driving simulation platform for driving-related research
Uploaded: 2020-12-18T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research at JoVE.com

وقد رعت هذا المشروع مؤسسة بيجين للمواهب.

ملاحظة: تمت الموافقة على جميع الطرق المذكورة هنا من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) في جامعة تسينغهوا وتم الحصول على الموافقة المستنيرة من جميع المشاركين.
1- المشاركون
<ol><li>إجراء تحليل للطاقة لحساب العدد المطلوب من المشاركين للتوظيف وفقا للتصميم التجريبي لتحقيق القوة الإحص...

تحاكي منصة محاكاة القيادة ومجموعة الأدوات المهتزة بشكل معقول تطبيق الأجهزة vibrotactile المحتملة التي يمكن ارتداؤها في الحياة الحقيقية ، مما يوفر تقنية فعالة في التحقيق في البحوث المتعلقة بالقيادة. مع استخدام هذه التكنولوجيا، بيئة تجريبية آمنة مع تكوين عالية والقدرة على تحمل التكاليف متاحة ا...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61408">Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research</a>. The Authors section was&#160;updated.
Ao Zhu1 
Annebella Tsz Ho Choi1 
Ko-Hsuan Ma1 
Shi Cao2 
Han Yao1 
Jian Wu3 
Jibo He4,1 
1Psychology Department, School of Social Sciences, Tsinghua University 
2Department of Systems Design Engineering, University of Waterloo 
3Haier Innovation Design Center, Haier Company 
4Psychology Department, School of Education and Psychological Sciences, Sichuan University of Science and Engineering
to:
Ao Zhu1 
Annebella Tsz Ho Choi1 
Ko-Hsuan Ma1 
Shi Cao2 
Han Yao1 
Jian Wu3 
Jibo He1 
1Psychology Department, School of Social Sciences, Tsinghua University 
2Department of Systems Design Engineering, University of Waterloo 
3Haier Innovation Design Center, Haier Company

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61408">Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research</a>. The Authors section was&#160;updated.

Erratum: Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research

ووفقاً للبيانات التي كشفت عنها تقديرات الصحة العالمية في عام 2016، فإن الإصابات الناجمة عن حركة المرور هي السبب الثامن للوفيات العالمية، مما يؤدي إلى 1.4 مليون حالة وفاة في جميع أنحاء العالم1. وفي عام 2018، كانت 39.2٪ من حوادث المرور تصادماً مع السيارات في النقل، و7.2٪ منها كانت اصطدامات خلفية. والحلول التي يمكن من أجل زيادة سلامة المركبات والطرق هي تطوير نظام متطور للمساعدة على القيادة (ADAS) لتحذير السائقين الذين يعانون من مخاطر محتملة. وقد أظهرت البيانات أن ADAS يمكن أن تقلل إلى حد كبير من معدل الاصطدامات الخلفية، وأنها أكثر فعالية عندما مجهزة نظام الفرامل السيارات2. وبالإضافة إلى ذلك، ومع تطوير المركبات المستقلة، ستكون هناك حاجة إلى مشاركة أقل من البشر للسيطرة على السيارة، مما يجعل طلب الاقلاع عن نظام الإنذار (TOR) ضرورة عندما تفشل السيارة المستقلة في تنظيم نفسها. أصبح تصميم نظام الإنذار في نظام ADAS و TOR الآن جزءًا مهمًا من التكنولوجيا للسائقين لتجنب الحوادث الوشيكة في غضون ثوانٍ قليلة. واستخدمت التجربة النموذجية مجموعة أدوات تهتز إلى جانب منصة محاكاة للقيادة للتحقيق في الموقع الذي من شأنه أن يولد أفضل النتائج عندما يتم استخدام نظام تحذير vibrotactile كنظام تحذير محتمل من ADAS و TOR.
تصنف من خلال القنوات الإدراكية، وهناك عموما ثلاثة أنواع من طرائق الإنذار، وهذا هو البصرية، السمعية، واللمس. ولكل طريقة للإنذار مزاياها وحدودها. عندما يتم استخدام أنظمة الإنذار البصرية، يمكن للسائقين يعانون من الزائدالبصرية 3،ضعف أداء القيادة بسبب العمى الغفلة4،5. على الرغم من أن نظام التحذير السمعي لا يؤثر على مجال السائقين البصرية ، إلا أن فعاليته تعتمد بشكل كبير على المناطق المحيطة مثل الموسيقى الخلفية وغيرها من الضوضاء في بيئة القيادة6،7. وبالتالي، قد تؤدي المواقف التي تحتوي على معلومات سمعية خارجية أخرى أو ضوضاء كبيرة إلى الصمم الغفل8،9، مما يقلل من فعالية نظام التحذير السمعي. وبالمقارنة، فإن أنظمة الإنذار عن طريق اللمس لا تتنافس مع المعالجة البصرية أو السمعية للسائقين. عن طريق إرسال تحذيرات vibrotactile إلى السائقين، نظم الإنذار عن طريق اللمس التغلب على القيود المفروضة على أنظمة الإنذار البصرية والسمعية.
أظهرت الدراسات السابقة أن التحذيرات اللمسية يمكن أن تفيد السائقين عن طريق تقصير وقت استجابة الفرامل. كما تبين أن نظم الإنذار عن طريق اللمس تسفر عن نتيجة أكثر فعالية على البصرية10،11 و12السمعية،13،14 نظم الإنذار في حالات معينة. ومع ذلك، ركزت الأبحاث المحدودة على التحقيق في الموقع الأمثل لوضع جهاز إنذار عن طريق اللمس. وفقا لفرضية القشرة الحسية15 وفرضية المسافة الحسية16، اختارت الدراسة المثالية مناطق الإصبع والمعصم والمعبد كمواقع تجريبية لوضع جهاز تحذير عن طريق اللمس. مع إدخال البروتوكول ، يمكن تكوين التردد ووقت التسليم من تحذير تهتز ، وفترات بين الاهتزازات من مجموعة أدوات تهتز ، لتتناسب مع المتطلبات التجريبية. تتكون مجموعة الأدوات هذه المهتزة من شريحة رئيسية ، ورقاقة تنظيم الجهد ، ومضاعف ، وUSB لمحول الترانزستور الترانزستور - الترانزستور -Transistor-Logic (TTL) ، وترانزستور المعادن - أكسيد - أشباه الموصلات الميدانية (MOSFET) ، ووحدة بلوتوث. كما يمكن أن يختلف عدد الوحدات تهتز وفقا لاحتياجات الباحثين، مع ما يصل إلى أربع وحدات تهتز في نفس الوقت. عند تنفيذ مجموعة أدوات الاهتزاز في التجارب المتعلقة بالقيادة ، يمكن تكوينها لتناسب الإعدادات التجريبية وكذلك متزامنة مع بيانات أداء القيادة من خلال مراجعة رموز محاكاة القيادة.
بينما بالنسبة للباحثين ، وإجراء تجربة القيادة على منصة افتراضية أكثر جدوى مما كانت عليه في العالم الحقيقي بسبب المخاطر والتكلفة التي ينطوي عليها. فعلى سبيل المثال، قد يكون جمع مؤشرات الأداء صعباً، ومن الصعب التحكم في العوامل البيئية التي تنطوي عليها التجارب في العالم الحقيقي. ونتيجة لذلك، استخدمت العديد من الدراسات أجهزة محاكاة القيادة الثابتة القاعدة التي تعمل على أجهزة الكمبيوتر الشخصية في السنوات الأخيرة كبديل لإجراء دراسات القيادة على الطرق. بعد التعلم والتطوير والبحث لأكثر من 11 عامًا في مجتمع أبحاث القيادة ، أنشأنا منصة محاكاة للقيادة مع سيارة حقيقية تتكون من برنامج محاكاة قيادة مفتوح المصدر ومجموعة أجهزة ، بما في ذلك عجلة القيادة وعلبة التروس ، وثلاثة دواسات ، وثلاث أجهزة عرض محمولة ، وثلاث شاشات عرض. مع برنامج محاكاة القيادة يدعم شاشة واحدة فقط، استخدم البروتوكول المقدم فقط جهاز العرض المركزي وشاشة العرض لإجراء التجربة.
هناك نوعان من المزايا الرئيسية لاستخدام منصة محاكاة القيادة المعروضة. إحدى مزايا هذه المنصة هي أنها تستخدم برنامجًا مفتوح المصدر. باستخدام منصة سهلة الاستخدام مفتوحة المصدر ، يمكن للباحثين تخصيص مجموعة أدوات المحاكاة والاهتزاز لاحتياجاتهم البحثية الفريدة من خلال إجراء تكوين برامج بسيط دون أي تطوير التعليمات البرمجية. من خلال مراجعة الرموز ، يمكن للباحثين إنشاء محاكاة القيادة التي توفر الإخلاص النسبي للواقع مع الكثير من الخيارات المتاحة على أنواع السيارات ، وأنواع الطرق ، ومقاومة عجلة القيادة ، والاضطراب الجانبي والطولي للرياح ، والوقت والكابح واجهات برنامج تطبيق الحدث (APIs) لمزامنة البرامج الخارجية ، وتنفيذ النماذج السلوكية مثل مهمة متابعة السيارة ومهمة N-Back. على الرغم من أن إجراء البحوث ذات الصلة بالقيادة في محاكاة القيادة لا يمكن أن يكرر القيادة بشكل كامل في العالم الحقيقي ، فإن البيانات التي يتم جمعها من خلال جهاز محاكاة القيادة معقولة وقد تم اعتمادها على نطاق واسع من قبل الباحثين17،18.
ميزة أخرى لمحاكاة القيادة المقترحة هي تكلفتها المنخفضة. كما ذكر سابقا ، فإن برنامج محاكاة القيادة المقدم هو برنامج مفتوح المصدر متاح للمستخدمين مجانًا. بالإضافة إلى ذلك، التكلفة الإجمالية لإعداد الأجهزة بالكامل في هذا البروتوكول هو أقل مقارنة إلى محاكاة القيادة التجارية عالية الدقة النموذجية. يظهر الشكل 1 أ و ب الإعداد الكامل لجهازي محاكاة للقيادة بتكلفة تتراوح بين 3000 دولار إلى 30000 دولار. وعلى النقيض من ذلك، عادة ما تكلف محاكيات القيادة التجارية النموذجية عالية الدقة (قاعدة ثابتة) حوالي 10,000 دولار إلى 100,000 دولار. مع سعره بأسعار معقولة للغاية، يمكن أن يكون هذا محاكاة القيادة خيارا شعبيا ليس فقط لأغراض البحث الأكاديمي، ولكن أيضا لإجراء دروس القيادة19 ولتوضيح التكنولوجيات ذات الصلة القيادة20،21.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2.jpg"> الشكل 1: صورة لمحاكاة القيادة. وتألفت كل من أجهزة محاكاة القيادة من عجلة القيادة وعلبة التروس، وثلاثة دواسات، وسيارة. (أ) جهاز محاكاة قيادة بقيمة 3000 دولار استخدم شاشة LCD مقاس 80 بوصة بدقة 3840 × 2160. (ب) جهاز محاكاة قيادة بقيمة 000 3 دولار يستخدم ثلاث أجهزة عرض مثبتة وثلاث شاشات عرض بُعد 223 × 126 سم لكل منها. وضعت شاشات العرض على بعد 60 سم فوق سطح الأرض و 22 سم من مقدمة السيارة. ولم تستخدم في التجربة الحالية سوى شاشة العرض المركزي وجهاز العرض. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
وقد تم بالفعل استخدام برنامج محاكاة القيادة ومجموعة أدوات الاهتزاز في الطريقة المقترحة في الدراسات السابقة من قبل باحثينا22،23،24،25،26،27،28،29. يمكن تطبيق هذه الأدوات ذاتية التطوير تهتز بعد معيار ISO30 في مجالات مختلفة31،32 عن طريق ضبط تردد الاهتزاز وكثافته. ومن المهم ملاحظة أنه تم تطوير نسخة أحدث من مجموعة الأدوات المهتزة وتم إدخالها في البروتوكول التالي. بدلا من ضبط تردد الاهتزاز باستخدام محول الجهد قابل للتعديل ، تم تجهيز الإصدار الأحدث بخمسة ترددات اهتزاز مختلفة ويمكن ضبطها بسهولة باستخدام الرموز المقدمة في ملف التشفير الإضافي 1. وعلاوة على ذلك، فإن محاكاة القيادة المقدمة توفر للباحثين طريقة آمنة وغير مكلفة وفعالة للتحقيق في أنواع مختلفة من البحوث ذات الصلة بالقيادة. وبالتالي، فإن هذا البروتوكول مناسب لمختبرات الأبحاث التي لديها ميزانية محدودة ولها حاجة قوية لتخصيص بيئات القيادة التجريبية.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >Logitech G29</td>
			<td >Logitech</td>
			<td >941-000114</td>
			<td >Steering wheel and pedals</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Projector screens</td>
			<td >-</td>
			<td >-</td>
			<td>The projector screen for showing the simulation enivronemnt.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Epson CB-700U Laser WUXGA Education Ultra Short Focus Interactive Projector</td>
			<td >EPSON</td>
			<td >V11H878520W</td>
			<td>The projector model for generating the display of the simlution enivronment.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >The Open Racing Car Simulator (TORCS)</td>
			<td >-</td>
			<td >None</td>
			<td>Driving simulation software. The original creators are Eric Espi&#233; and Christophe Guionneau, and the version used in experiment is modified by Cao, Shi.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tactile toolkit</td>
			<td >Hao Xing Tech.</td>
			<td >None</td>
			<td>This is used to initiate warnings to the participants.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Connecting program (Python)</td>
			<td >-</td>
			<td >-</td>
			<td>This is used to connect the TORCS with the tactile toolkit to send the vibrating instruction.</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >G*power</td>
			<td >Heinrich-Heine-Universit&#228;t D&#252;sseldorf</td>
			<td >None</td>
			<td>This software is used to calculate the required number of participants.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

tactile vibrating toolkit and driving simulation platform for driving-related research

نظام التحذير من الاصطدام يلعب دورا رئيسيا في منع القيادة الانحرافات والقيادة النعاس. وقد أثبتت الدراسات السابقة مزايا تحذيرات اللمس في الحد من وقت استجابة السائق الفرامل. وفي الوقت نفسه، ثبتت فعالية التحذيرات عن طريق اللمس في طلب الاستيلاء على المركبات المستقلة جزئيا.
كيف يمكن تحسين أداء التحذيرات عن طريق اللمس هو موضوع بحث ساخن مستمر في هذا المجال. وهكذا، يتم تقديم برامج المحاكاة القيادة منخفضة التكلفة المعروضة وأساليب لجذب المزيد من الباحثين للمشاركة في التحقيق. وقد تم تقسيم البروتوكول المقدمة إلى خمسة أقسام: 1) المشاركين، 2) القيادة محاكاة تكوين البرمجيات، 3) إعداد محاكاة القيادة، 4) تهتز مجموعة أدوات التكوين والإعداد، و 5) إجراء التجربة.
في الدراسة المثالية ، ارتدى المشاركون مجموعة أدوات تهتز عن طريق اللمس وقاموا بمهمة راسخة تتبع السيارة باستخدام برنامج محاكاة القيادة المخصص. وكبحت السيارة الأمامية بشكل متقطع، وتم تسليم التحذيرات تهتز كلما كانت السيارة الأمامية الكبح. وصدرت تعليمات للمشاركين بالاستجابة في أسرع وقت ممكن للفرامل المفاجئة للسيارة الأمامية. تم تسجيل ديناميات القيادة، مثل وقت استجابة الفرامل ومعدل استجابة الفرامل، من قبل برنامج المحاكاة لتحليل البيانات.
ويقدم البروتوكول المقدم نظرة ثاقبة في استكشاف فعالية التحذيرات اللمسية على مواقع الجسم المختلفة. بالإضافة إلى مهمة السيارة التالية التي أظهرت في التجربة المثالية ، يوفر هذا البروتوكول أيضًا خيارات لتطبيق نماذج أخرى على دراسات محاكاة القيادة من خلال إجراء تكوين برامج بسيط دون أي تطوير للرموز. ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أنه نظرًا لسعره المعقول ، فقد لا تتمكن برامج المحاكاة والأجهزة التي تم تقديمها هنا من التنافس بشكل كامل مع أجهزة محاكاة القيادة التجارية الأخرى عالية الدقة. ومع ذلك، يمكن أن يكون هذا البروتوكول بمثابة بديل ميسور التكلفة وسهل الاستخدام لمحاكاة القيادة التجارية العامة عالية الدقة.

الدراسة المثالية المذكورة في هذه الورقة أجرت مهمة متابعة السيارة باستخدام جهاز محاكاة القيادة ومجموعة الأدوات تهتز، والتي تم نشرها أيضا سابقا في مجلةأكاديمية 22. ومن الجدير بالذكر أن النسخة القديمة من مجموعة الأدوات المهتزة قد استخدمت عند إجراء الدراسة النموذجية، في حين تم ?...

Watch this Scientific Journal Video about Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research at JoVE.com

Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research

يصف هذا البروتوكول منصة محاكاة القيادة ومجموعة أدوات تهتز عن طريق اللمس للتحقيق في البحوث المتعلقة بالقيادة. كما يتم عرض تجربة مثالية لاستكشاف فعالية التحذيرات عن طريق اللمس.

مجموعة أدوات تهتز عن طريق اللمس ومنصة محاكاة القيادة للأبحاث المتعلقة بالقيادة

Collision warning system plays a key role in the prevention of driving distractions and drowsy driving. Previous studies have proven the advantages of ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Quantitative Assessment of Cortical Auditory-tactile Processing in Children with Disabilities

التقييم الكمي للمعالجة السمعية القشرية عن طريق اللمس لدى الأطفال ذوي الإعاقة

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology ...

Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

قياس عتبة كشف عن الاهتزاز واللمس المكانية البراعة في الموضوعات الإنسان

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about ...

Testing Tactile Masking between the Forearms

اختبار اللمس اخفاء بين الساعدين

Masking, in which one stimulus affects the detection of another, is a classic technique that has been used in visual, auditory, and tactile research, ...

A Microphysiologic Platform for Human Fat: Sandwiched White Adipose Tissue

منصة ميكروفيسيولوجيك للدهون البشرية: تقع في الأنسجة الدهنية البيضاء

White adipose tissue (WAT) plays a crucial role in regulating weight and everyday health.  Still, there are significant limitations to available primary ...

A Novel Single Animal Motor Function Tracking System Using Simple, Readily Available Software

رواية حيوان موتور دالة واحدة تتبع النظام باستخدام برامج بسيطة ومتوفرة بسهولة

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor ...

Driving Under the Influence: How Music Listening Affects Driving Behaviors

القيادة تحت التأثير: كيف يؤثر الاستماع الموسيقى على سلوك القيادة

Car driving is a daily activity for many individuals in modern societies. Drivers often listen to music while driving. The method presented here ...

Characterization of the Sense of Agency over the Actions of Neural-machine Interface-operated Prostheses

وصف الشعور بالوكالة على الأعمال التي تقوم بها أطراف اصطناعية تعمل بواجهة الجهاز العصبي

This work describes a methodological framework that can be used to explicitly and implicitly characterize the sense of agency developed over the ...

The HoneyComb Paradigm for Research on Collective Human Behavior

نموذج قرص العسل للبحوث المتعلقة بالسلوك البشري الجماعي

Collective human behavior such as group movement frequently shows surprising patterns and regularities, such as the emergence of leadership. Recent ...

A Novel Digital Platform for a Monitored Home-based Cardiac Rehabilitation Program

رواية منهاج برنامج تأهيل القلب مراقبة المنزلية الرقمية

Despite the evidence that cardiac rehabilitation (CR) reduces the risk of recurrent cardiac events, only a minority of eligible patients are willing to ...

Applying Incongruent Visual-Tactile Stimuli during Object Transfer with Vibro-Tactile Feedback

تطبيق المحفزات البصرية المرئية المتطابقة اثناء نقل الكائن مع ملاحظات اللمس

The application of incongruent sensory signals that involves disrupted tactile feedback is rarely explored, specifically with the presence of vibrotactile ...