Haptic perception of virtual bumps displayed through a piezo-actuated touch screen

Bu tezin amacı, titreşim bazlı dokunsal geribildirim sağlamak için piezoelektrik eyleyiciler aracılığıyla uyarılan dokunmatik bir ekran tasarlamak ve bu düzenek aracılığıyla insanların pürüzlülük algısını ölçmektir. Cam ekran yüzeyine yapıştırılan dört piezoelektrik eyleyici aracılığıyla, kullanıcıya dokunsal tümsekler görüntüleyecek bir dokunmatik ekran tasarlanmıştır. Sonlu elemanlar modeli kullanılarak sistem için uygun ekran boyutları, sınır koşulları ve piezoelektrik eyleyiciler için ideal konfigürasyon belirlenmiştir. Sınır koşullarının belirlenmesinde insan parmağı tarafından algılanabilen titreşim frekans aralığı dikkate alınmıştır. İdeal konfigürasyon seçiminde ise piezoelektrik eyleyicilere uygulanan birim voltaj karşılığı ekranda elde edilen maksimum titreşim genliği esas alınmıştır. Analiz sonuçları en iyi verilerin piezo eyleyiciler sınırlara yakın yerleştirildiği zaman elde edildiğini göstermiştir. Cam levhanın lazer-Doppler titreşim-ölçer aracılığıyla deneysel modal analizi gerçekleştirilmiş ve bu sonuçlar sonlu eleman modeli aracılığıyla elde edilen sonuçlarla karşılaştırılıp doğrulanmıştır. Cam levhanın tasarımı ve karakterizasyonunun ardından 10 kişi ile psikofiziksel deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde cam levha üzerinde oluşturulan dokunsal tümsekler aracılığıyla insanların pürüzlü yüzey algısı araştırılmıştır. Levhanın ilk rezonansına karşılık gelen yüksek frekanslı titreşimler ile farklı şekil (sinüs, kare, testere dişi dalga), genlik, görev döngüsü ve uzay frekansına sahip, düşük frekanslı, tek kutuplu nabız dalgaları modüle edilerek, deneklere iletilecek olan dokunsal tümsekler yaratılmıştır. Deneklerden dokunsal algılarını pürüzsüz-pürüzlü ve düz-inişli çıkışlı sıfatlarını kullanarak Likert ölçeğinde 1-7 arasında derecelendirmeleri istenmiştir. Deneklerle gerçekleştirilen deneylerin sonuçları pürüzlülük algısının genlik, görev döngüsü ve uzaysal frekansındaki artışla doğru orantılı olduğunu göstermiştir. Denekler üç dalga çeşidi arasından kare dalgayı en pürüzlü, testere dişli dalgayı ise en pürüzsüz olarak algılamışlardır. Bunların yanında sinyallerin karekök ortalama değerleri (rms) ile pürüzlülük algısının doğru orantılı olduğu da gözlenmiştir.