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

Dit project is gesponsord door Beijing Talents Foundation.

OPMERKING: Alle hier beschreven methoden zijn goedgekeurd door de Institutional Review Board (IRB) van de Tsinghua University en geïnformeerde toestemming is verkregen van alle deelnemers.
1. Deelnemers
<ol><li>Voer een vermogensanalyse uit om het vereiste aantal deelnemers voor werving te berekenen volgens het experimentele ontwerp om statistische kracht te bereiken.</li>
	<li>Breng het geslacht van de deelnemers tijdens de werving zoveel mogelijk in balans.</li>
	<li>Zorg ervoor dat deeln...

Het rijsimulatieplatform en de vibrerende toolkit bootsten de toepassing van potentiële draagbare vibrotactiele apparaten in het echte leven redelijk na en boden een effectieve techniek bij het onderzoeken van rijgerelateerd onderzoek. Met het gebruik van deze technologie is er nu een veilige experimentele omgeving met een hoge configureerbaarheid en betaalbaarheid beschikbaar voor het uitvoeren van onderzoek dat vergelijkbaar is met rijden in de echte wereld.
Er zijn verschillende stappen di...

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

Volgens de gegevens die in 2016 door de Global Health Estimates zijn onthuld, is verkeersschade de achtste oorzaak van wereldwijde sterfgevallen, wat leidt tot 1,4 miljoen sterfgevallen wereldwijd1. In 2018 waren 39,2% van de verkeersongevallen botsingen met motorvoertuigen in het vervoer, waarvan 7,2% kop-staartbotsingen. Een oplossing om de veiligheid van voertuigen en wegen te vergroten, is de ontwikkeling van een geavanceerd rijassistentiesysteem (ADAS) om bestuurders met mogelijke gevaren te waarschuwen. Gegevens hebben aangetoond dat ADAS de snelheid van kop-staartbotsingen aanzienlijk kan verminderen, en het is nog effectiever wanneer het is uitgerust met een automatisch remsysteem2. Bovendien zal met de ontwikkeling van autonome voertuigen minder menselijke betrokkenheid nodig zijn om het voertuig te besturen, waardoor een tor-waarschuwingssysteem (take-over request) een noodzaak is wanneer het autonome voertuig zichzelf niet reguleert. Het ontwerp van het ADAS- en TOR-waarschuwingssysteem is nu een belangrijk stuk technologie voor bestuurders om dreigende ongevallen binnen enkele seconden te voorkomen. Het voorbeeldexperiment gebruikte een vibrerende toolkit samen met een rijsimulatieplatform om te onderzoeken welke locatie het beste resultaat zou genereren wanneer een vibrotactielwaarschuwingssysteem is gebruikt als een potentieel ADAS- en TOR-waarschuwingssysteem.
Gecategoriseerd op perceptuele kanalen, zijn er over het algemeen drie soorten waarschuwingsmodaliteiten, dat wil zien, auditief en tactiel zijn. Elke waarschuwingsmodaliteit heeft zijn eigen verdiensten en beperkingen. Wanneer visuele waarschuwingssystemen in gebruik zijn, kunnen bestuurders last hebben van visuele overbelasting3, waardoor de rijprestaties worden belemmerd als gevolg van inattentional blindheid4,5. Hoewel een auditief waarschuwingssysteem het gezichtsveld van bestuurders niet beïnvloedt, hangt de effectiviteit ervan sterk af van de omgeving, zoals achtergrondmuziek en andere geluiden in de rijomgeving6,7. Situaties die andere externe auditieve informatie of significante ruis bevatten, kunnen dus leiden tot inattentionale doofheid8,9, waardoor de effectiviteit van een auditief waarschuwingssysteem wordt verminderd. Ter vergelijking: tactiele waarschuwingssystemen concurreren niet met de visuele of auditieve verwerking van bestuurders. Door vibrotactiele waarschuwingen naar bestuurders te sturen, overwinnen tactiele waarschuwingssystemen de beperkingen van visuele en auditieve waarschuwingssystemen.
Eerdere studies toonden aan dat tactiele waarschuwingen bestuurders ten goede kunnen komen door hun remresponstijd te verkorten. Ook bleek dat tactiele waarschuwingssystemen in bepaalde situaties een effectiever resultaat opleveren ten opzichte van visuele10,11 en auditieve12,13,14 waarschuwingssystemen. Beperkt onderzoek heeft zich echter gericht op het onderzoeken van de optimale locatie voor het plaatsen van een tactiel waarschuwingsapparaat. Volgens sensorische cortexhypothese15 en sensorische afstandshypothese16koos de voorbeeldstudie de vinger-, pols- en tempelgebieden als de experimentele locaties voor het plaatsen van een tactiel waarschuwingsapparaat. Met het geïntroduceerde protocol kunnen de frequentie en de levertijd van een trillende waarschuwing en intervallen tussen trillingen van de triltoolkit worden geconfigureerd om aan de experimentele vereisten te voldoen. Deze vibrerende toolkit bestond uit een masterchip, een spanningsregelaarchip, een multiplexer, een USB naar Transistor-Transistor-Logic (TTL) adapter, een Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) en een Bluetooth module. Het aantal trilmodules kan ook variëren afhankelijk van de behoeften van onderzoekers, waarbij maximaal vier modules tegelijkertijd trillen. Bij het implementeren van de vibrerende toolkit in de rijgerelateerde experimenten, kan deze worden geconfigureerd om te passen bij de experimentele instellingen en gesynchroniseerd met rijprestatiegegevens door de codes van de rijsimulatie te herzien.
Terwijl voor onderzoekers het uitvoeren van een rij-experiment op een virtueel platform haalbaarder is dan in de echte wereld vanwege het risico en de kosten die ermee gemoeid zijn. Het verzamelen van prestatie-indicatoren kan bijvoorbeeld moeilijk zijn en het is moeilijk om de omgevingsfactoren te beheersen die betrokken zijn bij experimenten in de echte wereld. Als gevolg hiervan hebben veel studies de afgelopen jaren gebruik gemaakt van vaste rijsimulatoren die op pc's draaien als alternatief voor het uitvoeren van rijstudies op de weg. Na meer dan 11 jaar te hebben geleerd, ontwikkeld en onderzocht in de rijonderzoeksgemeenschap, hebben we een rijsimulatieplatform opgezet met een echte auto die bestaat uit een open-source rijsimulatiesoftware en een hardwarekit, waaronder een stuurwiel en versnellingsbak, drie pedalen, drie gemonteerde projectoren en drie projectorschermen. Met de rijsimulatiesoftware die slechts één scherm ondersteunt, gebruikte het gepresenteerde protocol alleen de centrale projector en het projectorscherm om het experiment uit te voeren.
Er zijn twee grote voordelen van het gebruik van het gepresenteerde rijsimulatieplatform. Een voordeel van dit platform is dat het een open-source software gebruikt. Met behulp van het gebruiksvriendelijke open-sourceplatform kunnen onderzoekers de simulatie- en vibrerende toolkit aanpassen aan hun unieke onderzoeksbehoeften door eenvoudige softwareconfiguratie te maken zonder enige codeontwikkeling. Door de codes te herzien, kunnen onderzoekers rijsimulaties maken die relatieve trouw aan de realiteit bieden met tal van opties beschikbaar op autotypen, wegtypen, weerstand van het stuurwiel, zijdelingse en longitudinale windturbulentie, tijd- en remgebeurtenistoepassingsprogramma-interfaces (API's) voor externe softwaresynchronisatie en implementatie van de gedragsparadigma's zoals autovolgende taak en N-Back-taak. Hoewel het uitvoeren van rijgerelateerd onderzoek in een rijsimulator het rijden in de echte wereld niet volledig kan repliceren, zijn gegevens die via een rijsimulator worden verzameld redelijk en zijn ze op grote schaal overgenomen door onderzoekers17,18.
Een ander voordeel van de voorgestelde rijsimulator zijn de lage kosten. Zoals eerder vermeld, is de geïntroduceerde rijsimulatiesoftware een open-source software die gratis beschikbaar is voor gebruikers. Bovendien zijn de totale kosten van de hele hardware-installatie in dit protocol lager in vergelijking met typische high-fidelity commerciële rijsimulatoren. Figuur 1 a en b tonen de volledige installatie van twee rijsimulatoren met de kosten variërend van $ 3000 tot $ 30000. Typische high-fidelity commerciële rijsimulatoren (vaste basis) kosten daarentegen meestal ongeveer $ 10.000 tot $ 100.000. Met zijn zeer betaalbare prijs kan deze rijsimulator een populaire keuze zijn, niet alleen voor academische onderzoeksdoeleinden, maar ook voor het uitvoeren van rijlessen19 en voor demonstratie van rijgerelateerde technologieën20,21.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2.jpg"> Figuur 1: Een afbeelding van de rijsimulatoren. Beide rijsimulatoren bestonden uit een stuurwiel en versnellingsbak, drie pedalen en een voertuig. (a) Een rijsimulatoropstelling van $ 3000 die een 80-inch LCD-scherm gebruikte met een resolutie van 3840 × 2160. (b) Een rijsimulatoropstelling van $ 30000 die drie gemonteerde projectoren en drie projectorschermen gebruikte met een afmeting van elk 223 x 126 cm. De projectieschermen werden 60 cm boven de grond geplaatst en 22 cm van de voorkant van het voertuig. Alleen de centrale projector en het projectorscherm werden gebruikt voor het huidige experiment. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
De rijsimulatiesoftware en vibrerende toolkit in de voorgestelde methode zijn al gebruikt in eerdere studies door onze onderzoekers22,23,24,25,26,27,28,29. Deze zelfontwikkelde triltoolkit volgens de ISO-norm30 kan in verschillende velden31,32 worden toegepast door de trillingsfrequentie en -intensiteit aan te passen. Het is belangrijk op te merken dat een nieuwere versie van de triltoolkit is ontwikkeld en in het volgende protocol is geïntroduceerd. In plaats van de trillingsfrequentie aan te passen met behulp van een instelbare spanningsadapter, is de nieuwere versie uitgerust met vijf verschillende trillingsfrequenties en kan gemakkelijker worden aangepast met behulp van de codes in Supplemental Coding File 1. Bovendien biedt de gepresenteerde rijsimulator onderzoekers een veilige, goedkope en effectieve manier om verschillende soorten rijgerelateerd onderzoek te onderzoeken. Dit protocol is dus geschikt voor onderzoekslaboratoria met een beperkt budget en een sterke behoefte om experimentele rijomgevingen aan te passen.

<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

Het waarschuwingssysteem voor botsingen speelt een sleutelrol bij het voorkomen van afleidingen bij het rijden en slaperig rijden. Eerdere studies hebben de voordelen van tactiele waarschuwingen bewezen bij het verkorten van de remresponstijd van de bestuurder. Tegelijkertijd zijn tactiele waarschuwingen effectief gebleken bij het overnemen van aanvragen (TOR) voor gedeeltelijk autonome voertuigen.
Hoe de prestaties van tactiele waarschuwingen kunnen worden geoptimaliseerd, is een lopend heet onderzoeksonderwerp op dit gebied. Zo worden de gepresenteerde goedkope rijsimulatiesoftware en -methoden geïntroduceerd om meer onderzoekers aan te trekken om deel te nemen aan het onderzoek. Het gepresenteerde protocol is onderverdeeld in vijf secties: 1) deelnemers, 2) configuratie van rijsimulatiesoftware, 3) voorbereiding van de rijsimulator, 4) vibrerende toolkitconfiguratie en -voorbereiding, en 5) het uitvoeren van het experiment.
In het voorbeeldonderzoek droegen de deelnemers de tactiele triltoolkit en voerden ze een gevestigde autovolgende taak uit met behulp van de aangepaste rijsimulatiesoftware. Het voorste voertuig remde met tussenpozen en er werden trillende waarschuwingen gegeven wanneer het voorste voertuig remde. De deelnemers kregen de opdracht om zo snel mogelijk te reageren op de plotselinge remmen van het voorste voertuig. Rijdynamiek, zoals de remresponstijd en remresponssnelheid, werden geregistreerd door de simulatiesoftware voor gegevensanalyse.
Het gepresenteerde protocol biedt inzicht in de verkenning van de effectiviteit van tactiele waarschuwingen op verschillende lichaamslocaties. Naast de autovolgende taak die wordt gedemonstreerd in het voorbeeldexperiment, biedt dit protocol ook opties om andere paradigma's toe te passen op de rijsimulatiestudies door eenvoudige softwareconfiguratie te maken zonder enige codeontwikkeling. Het is echter belangrijk op te merken dat vanwege de betaalbare prijs de hier geïntroduceerde rijsimulatiesoftware en -hardware mogelijk niet volledig kunnen concurreren met andere high-fidelity commerciële rijsimulatoren. Niettemin kan dit protocol fungeren als een betaalbaar en gebruiksvriendelijk alternatief voor de algemene high-fidelity commerciële rijsimulatoren.

De voorbeeldstudie die in dit artikel werd gerapporteerd, voerde de autovolgende taak uit met behulp van de rijsimulator en vibrerende toolkit, die ook eerder is gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift22. Het is opmerkelijk dat de oudere versie van de triltoolkit werd gebruikt bij het uitvoeren van de voorbeeldstudie, terwijl een nieuwe versie van de triltoolkit in het bovenstaande protocol werd geïntroduceerd. De studie was een binnen-subject ontwerpexperiment met trillende waarschuwing...

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

Dit protocol beschrijft een rijsimulatieplatform en een tactiele triltoolkit voor het onderzoek naar rijgerelateerd onderzoek. Er wordt ook een voorbeeldexperiment gepresenteerd dat de effectiviteit van tactiele waarschuwingen onderzoekt.

Tactiele vibrerende toolkit en rijsimulatieplatform voor rijgerelateerd onderzoek

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

Kwantitatieve beoordeling van Corticale auditieve-tactiele verwerking bij kinderen met een handicap

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

Meting van Vibration Detection Threshold en tactiele Ruimtelijke Acuity bij menselijke proefpersonen

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

Testing Tactile Masking between the Forearms

Testen Tactile maskeren tussen de onderarmen

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

Een Microphysiologic Platform voor menselijk vet: ingeklemd wit vetweefsel

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

Roman één dierlijke Motor functie Tracking systeem met behulp van eenvoudige, gemakkelijk beschikbare Software

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

Rijden onder invloed: muziek luisteren invloed rijden gedrag

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

Karakterisering van de betekenis van het Agentschap over de acties van neurale-machine Interface bediende protheses

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

De honingraat paradigma voor onderzoek op het collectieve menselijk gedrag

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

Een nieuw Digitaal Platform voor een gecontroleerde huis-gebaseerde cardiale revalidatieprogramma

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

Toepassing incongruent visueel-tactiele prikkels tijdens object transfer met Vibro-tactiele feedback

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