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

Este proyecto ha sido patrocinado por la Fundación Beijing Talents.

NOTA: Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad de Tsinghua y se obtuvo el consentimiento informado de todos los participantes.
1. Participantes
<ol><li>Realice un análisis de potencia para calcular el número requerido de participantes para la contratación de acuerdo con el diseño experimental para alcanzar el poder estadístico.</li>
	<li>Equilibrar el sexo de los participantes durante la contratación tanto com...

La plataforma de simulación de conducción y el kit de herramientas vibratorio imitaron razonablemente la aplicación de posibles dispositivos vibrotacitiles portátiles en la vida real, proporcionando una técnica eficaz en la investigación de la investigación relacionada con la conducción. Con el uso de esta tecnología, un entorno experimental seguro con alta capacidad de configuración y asequibilidad ya está disponible para llevar a cabo investigaciones comparables a la conducción en el mundo real.
<p clas...

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

Según los datos revelados por las Estimaciones Sanitarias Mundiales en 2016, los accidentes de tráfico son la octava causa de muertes mundiales, con 1,4 millones de muertes en todo el mundo1. En el año 2018, el 39,2% de los accidentes de tráfico fueron colisiones con vehículos de motor en el transporte, y el 7,2% fueron colisiones traseras. Una solución para aumentar la seguridad de los vehículos y las carreteras es el desarrollo de un sistema avanzado de asistencia a la conducción (ADAS) para advertir a los conductores de posibles peligros. Los datos han demostrado que ADAS puede reducir en gran medida la velocidad de las colisiones traseras, y es aún más eficaz cuando está equipado con un sistema de freno automático2. Además, con el desarrollo de vehículos autónomos, se requerirá una menor participación humana para controlar el vehículo, haciendo de un sistema de alerta de solicitud de toma de control (TOR) una necesidad cuando el vehículo autónomo no se regula. El diseño del sistema de advertencia ADAS y TOR es ahora una pieza importante de tecnología para que los conductores eviten accidentes inminentes en pocos segundos. El experimento ejemplar utilizó un kit de herramientas vibratorio junto con una plataforma de simulación de conducción para investigar qué ubicación generaría el mejor resultado cuando se ha utilizado un sistema de advertencia vibrotactile como un potencial sistema de advertencia ADAS y TOR.
Categorizadas por canales perceptivos, generalmente hay tres tipos de modalidades de advertencia, es decir, visual, auditiva y táctil. Cada modalidad de advertencia tiene sus propios méritos y limitaciones. Cuando los sistemas de advertencia visual están en uso, los conductores pueden sufrir de sobrecarga visual3,deteriorando las prestaciones de conducción debido a la ceguera involuntaria4,5. Aunque un sistema de advertencia auditiva no influye en el campo visual de los conductores, su eficacia depende en gran medida del entorno, como la música de fondo y otros ruidos en el entorno de conducción6,7. Por lo tanto, las situaciones que contienen otra información auditiva externa o ruido significativo pueden conducir a sordera involuntaria8,9,reduciendo la eficacia de un sistema de advertencia auditiva. En comparación, los sistemas de advertencia táctil no compiten con el procesamiento visual o auditivo de los conductores. Mediante el envío de advertencias de vibrotactile a los conductores, los sistemas de advertencia táctil superan las limitaciones de los sistemas de advertencia visual y auditiva.
Estudios anteriores mostraron que las advertencias táctiles pueden beneficiar a los conductores al acortar su tiempo de respuesta de frenos. También se encontró que los sistemas de advertencia táctil producen un resultado más eficaz sobre los sistemas visuales10,11 y auditivos12,13,14 de advertencia en ciertas situaciones. Sin embargo, investigaciones limitadas se han centrado en investigar la ubicación óptima para colocar un dispositivo de advertencia táctil. Según la hipótesis de la corteza sensorial15 y la hipótesis de distancia sensorial16,el estudio ejemplar eligió las áreas del dedo, la muñeca y la sien como los lugares experimentales para colocar un dispositivo de advertencia táctil. Con el protocolo introducido, la frecuencia y el tiempo de entrega de una advertencia vibratoria, y los intervalos entre vibraciones del kit de herramientas vibratorio, se pueden configurar para adaptarse a los requisitos experimentales. Este kit de herramientas vibratorio consistía en un chip maestro, un chip regulador de voltaje, un multiplexor, un adaptador USB a Transistor-Transistor-Lógico (TTL), un Transistor de Efecto de Campo Metal-Oxide-Semiconductor (MOSFET) y un módulo Bluetooth. El número de módulos vibratorios también puede variar según las necesidades de los investigadores, con hasta cuatro módulos vibrando al mismo tiempo. Al implementar el kit de herramientas vibratorio en los experimentos relacionados con la conducción, se puede configurar para adaptarse a la configuración experimental, así como sincronizarse con los datos de rendimiento de conducción mediante la revisión de los códigos de la simulación de conducción.
Mientras que para los investigadores, llevar a cabo un experimento de conducción en una plataforma virtual es más factible que en el mundo real debido al riesgo y el costo involucrados. Por ejemplo, la recopilación de indicadores de rendimiento puede ser difícil, y es difícil controlar los factores ambientales involucrados cuando se llevan a cabo experimentos en el mundo real. Como resultado, muchos estudios han utilizado simuladores de conducción de base fija que se ejecutan en PC en los últimos años como una alternativa para llevar a cabo estudios de conducción en carretera. Después de aprender, desarrollar e investigar durante más de 11 años en la comunidad de investigación de conducción, establecimos una plataforma de simulación de conducción con un coche real que consiste en un software de simulación de conducción de código abierto y un kit de hardware, incluyendo un volante y una caja de cambios, tres pedales, tres proyectores montados y tres pantallas de proyector. Con el software de simulación de conducción soporta sólo una sola pantalla, el protocolo presentado utilizó sólo el proyector central y la pantalla del proyector para llevar a cabo el experimento.
Hay dos ventajas principales de utilizar la plataforma de simulación de conducción presentada. Una ventaja de esta plataforma es que utiliza un software de código abierto. Utilizando la plataforma de código abierto fácil de usar, los investigadores pueden personalizar el kit de herramientas de simulación y vibración para sus necesidades de investigación únicas mediante la creación de una configuración de software simple sin ningún desarrollo de código. Mediante la revisión de los códigos, los investigadores pueden crear simulaciones de conducción que proporcionan una fidelidad relativa a la realidad con un montón de opciones disponibles en los tipos de automóviles, tipos de carretera, resistencia del volante, turbulencias laterales y longitudinales del viento, interfaces de programa de aplicación de eventos de tiempo y freno (API) para la sincronización de software externo, y la implementación de los paradigmas de comportamiento como la tarea de seguimiento de coches y la tarea N-Back. Aunque la realización de investigaciones relacionadas con la conducción en un simulador de conducción no puede replicar completamente la conducción en el mundo real, los datos recogidos a través de un simulador de conducción es razonable y ha sido ampliamente adoptado por los investigadores17,18.
Otra ventaja del simulador de conducción propuesto es su bajo costo. Como se mencionó anteriormente, el software de simulación de conducción introducido es un software de código abierto que está disponible para los usuarios de forma gratuita. Además, el costo total de toda la configuración de hardware en este protocolo es menor en comparación con los simuladores de conducción comerciales típicos de alta fidelidad. La Figura 1 a y b muestran la configuración completa de dos simuladores de conducción con un costo que va de $3000 a $30000. Por el contrario, los simuladores de conducción comerciales típicos de alta fidelidad (base fija) suelen costar entre $10,000 y $100,000. Con su precio altamente asequible, este simulador de conducción puede ser una opción popular no sólo para fines de investigación académica, sino también para la realización de clases de conducción19 y para la demostración de tecnologías relacionadas con la conducción20,21.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2.jpg"> Figura 1: Una imagen de los simuladores de conducción. Ambos simuladores de conducción consistían en un volante y una caja de cambios, tres pedales y un vehículo. (a) Una configuración de simulador de conducción de $3000 que utilizó una pantalla LCD de 80 pulgadas con una resolución de 3840 × 2160. (b) Una configuración de simulador de conducción de $30000 que utilizó tres proyectores montados y tres pantallas de proyector con una dimensión de 223 x 126 cm cada uno. Las pantallas de proyección se colocaron a 60 cm sobre el suelo y a 22 cm de la parte delantera del vehículo. Solo se utilizaron el proyector central y la pantalla del proyector para el experimento actual. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
El software de simulación de conducción y el kit de herramientas vibratorios en el método propuesto ya han sido utilizados en estudios anteriores por nuestros investigadores22,23,24,25,26,27,28,29. Este kit de herramientas vibratorias autodesarrollada siguiendo el estándar ISO30 se puede aplicar en diferentes campos31,32 ajustando la frecuencia de vibración y la intensidad. Es importante tener en cuenta que se ha desarrollado una versión más reciente del kit de herramientas vibratorias que se introduce en el siguiente protocolo. En lugar de ajustar la frecuencia de vibración utilizando un adaptador de voltaje ajustable, la versión más reciente está equipada con cinco frecuencias de vibración diferentes y se puede ajustar más fácilmente utilizando los códigos proporcionados en el archivo de codificación suplementario 1. Además, el simulador de conducción presentado proporciona a los investigadores una manera segura, barata y eficaz de investigar varios tipos de investigación relacionada con la conducción. Por lo tanto, este protocolo es adecuado para laboratorios de investigación que tienen un presupuesto limitado y tienen una fuerte necesidad de personalizar los entornos de conducción experimental.

<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

El sistema de advertencia de colisión desempeña un papel clave en la prevención de distracciones de conducción y conducción somnoliento. Estudios anteriores han demostrado las ventajas de las advertencias táctiles en la reducción del tiempo de respuesta de los frenos del conductor. Al mismo tiempo, se han demostrado advertencias táctiles eficaces en la solicitud de toma de control (TOR) para vehículos parcialmente autónomos.
Cómo se puede optimizar el rendimiento de las advertencias táctiles es un tema de investigación en caliente en curso en este campo. Por lo tanto, el software de simulación de conducción de bajo costo presentado y los métodos se introducen para atraer a más investigadores a participar en la investigación. El protocolo presentado se ha dividido en cinco secciones: 1) participantes, 2) configuración de software de simulación de conducción, 3) preparación del simulador de conducción, 4) configuración y preparación del kit de herramientas vibratorias, y 5) llevar a cabo el experimento.
En el estudio ejemplar, los participantes usaron el kit de herramientas vibratoria táctil y realizaron una tarea establecida de seguimiento de automóviles utilizando el software de simulación de conducción personalizado. El vehículo delantero frenó intermitentemente, y se entregaron advertencias vibratorias cada vez que el vehículo delantero estaba frenando. Se instruyó a los participantes que respondieran lo antes posible a los frenos repentinos del vehículo delantero. La dinámica de conducción, como el tiempo de respuesta de los frenos y la tasa de respuesta a los frenos, fueron registradas por el software de simulación para el análisis de datos.
El protocolo presentado ofrece información sobre la exploración de la eficacia de las advertencias táctiles en diferentes ubicaciones del cuerpo. Además de la siguiente tarea que se demuestra en el experimento ejemplar, este protocolo también proporciona opciones para aplicar otros paradigmas a los estudios de simulación de conducción mediante la creación de una configuración de software sencilla sin ningún desarrollo de código. Sin embargo, es importante tener en cuenta que debido a su precio asequible, el software de simulación de conducción y hardware introducido aquí puede no ser capaz de competir plenamente con otros simuladores de conducción comercial de alta fidelidad. Sin embargo, este protocolo puede actuar como una alternativa asequible y fácil de usar a los simuladores de conducción comercial generales de alta fidelidad.

El estudio ejemplar publicado en este artículo llevó a cabo la tarea de seguimiento del coche utilizando el simulador de conducción y el kit de herramientas vibratorios, que también ha sido publicado previamente en una revista académica22. Cabe destacar que la versión anterior del kit de herramientas vibratorias se utilizó al realizar el estudio ejemplar, mientras que una nueva versión del kit de herramientas vibratorias se introdujo en el protocolo anterior. El estudio fue un experimento ...

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

Este protocolo describe una plataforma de simulación de conducción y un kit de herramientas vibratorias táctiles para la investigación de la investigación relacionada con la conducción. También se presenta un experimento ejemplar que explora la eficacia de las advertencias táctiles.

Kit de herramientas vibratoria táctil y plataforma de simulación de conducción para la investigación relacionada con la conducción

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Research

JoVE Journal

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