Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
WoodenHaptics: A Starting Kit for Crafting Force-Reflecting Spatial Haptic Devices
KTH, School of Computer Science and Communication (CSC), Media Technology and Interaction Design, MID.ORCID iD: 0000-0001-8093-5911
Stanford University, USA.
KTH, School of Computer Science and Communication (CSC), Media Technology and Interaction Design, MID.ORCID iD: 0000-0003-3743-100X
2015 (English)In: Proceedings of the Ninth International Conference on Tangible, Embedded, and Embodied Interaction, Stanford: ACM Digital Library, 2015, 133-140 p.Conference paper, Published paper (Refereed)
Abstract [en]

Spatial haptic interfaces have been around for 20 years. Yet, few affordable devices have been produced, and the design space in terms of physical workspace and haptic fidelity of devices that have been produced are limited and discrete. In this paper, an open-source, open-hardware module-based kit is presented that allows an interaction designer with little electro-mechanical experience to manufacture and assemble a fully working spatial haptic interface. It also allows for modification in shape and size as well as tuning of parameters to fit a particular task or application. Results from an evaluation showed that the haptic quality of the WoodenHaptics device was on par with a Phantom Desktop and that a novice could assemble it with guidance in a normal office space. This open source starting kit, uploaded free-to-download online, affords sketching in hardware; it “unsticks” the hardware from being a highly-specialized and esoteric craft to being an accessible and user-friendly technology, while maintaining the feel of high-fidelity haptics.

Place, publisher, year, edition, pages
Stanford: ACM Digital Library, 2015. 133-140 p.
Keyword [en]
Guides; do-it-yourself; open-source; open-hardware; spatial haptics; force-feedback; haptic device; hardware sketching; interaction design
National Category
Human Computer Interaction
Research subject
Human-computer Interaction
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-164285DOI: 10.1145/2677199.2680595Scopus ID: 2-s2.0-84924057539ISBN: 978-1-4503-3305-4 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-164285DiVA: diva2:805283
Conference
Tangible, Embedded, and Embodied Interaction TEI 2015,Stanford University, January 15-19 2015
Note

QC 20150420

Available from: 2015-04-15 Created: 2015-04-15 Last updated: 2016-03-09Bibliographically approved
In thesis
1. Preparing Spatial Haptics for Interaction Design
Open this publication in new window or tab >>Preparing Spatial Haptics for Interaction Design
2016 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[sv]
Att förbereda 3D-Haptik för interaktionsdesign
Abstract [en]

Spatial haptics is a fascinating technology with which users can explore and modify3D computer graphics objects with the sense of touch, but its application potentialis often misunderstood. For a large group of application designers it is still unknown,and those who are aware of it often have either too high expectations of what is technicallyachievable or believe it is too complicated to consider at all. In addition, spatialhaptics is in its current form ill-suited to interaction design. This is partly because theproperties and use qualities cannot be experienced in an application prototype until asystem is fully implemented, which takes too much effort to be practical in most designsettings. In order to find a good match between a solution and a framing of aproblem, the designer needs to be able to mould/shape/form the technology into a solution,but also to re-frame the problem and question initial conceptual designs as shelearns more about what the technology affords. Both of these activities require a goodunderstanding of the design opportunities of this technology.

In this thesis I present a new way of working with spatial haptic interaction design.Studying the serially linked mechanism from a well-known haptic device, and a forcereflectingcarving algorithm in particular, I show how to turn these technologies froman esoteric engineering form into a form ready for interaction design. The work isgrounded in a real application: an oral surgery simulator named Kobra that has beendeveloped over the course of seven years within our research group. Its design hasgone through an evolutionary process with iterative design and hundreds of encounterswith the audience; surgeon-teachers as users and potential customers. Some ideas, e.g.gestalting authentic patient cases, have as a result received increased attention by thedesign team, while other ideas, e.g. automatic assessment, have faded away.

Simulation is an idea that leads to ideals of realism; that e.g. simulated instrumentsshould behave as in reality, e.g. a simulated dental instrument for prying teeth is expectedto behave according to the laws of physics and give force and torque feedback.If it does not, it is a bad simulation. In the present work it is shown how some of therealism ideal is unnecessary for creating meaningful learning applications and can actuallyeven be counter-productive, since it may limit the exploration of creative designsolutions. This result is a shift in perspective from working towards constantly improvingtechnological components, to finding and making use of the qualities of modern,but not necessarily absolute cutting-edge, haptic technology.

To be able to work creatively with a haptic system as a design resource we needto learn its material qualities and how - through changing essential properties - meaningfulexperiential qualities can be modulated and tuned. This requires novel tools andworkflows that enable designers to explore the creative design space, create interactionsketches and tune the design to cater for the user experience. In essence, this thesisshows how one instance of spatial haptics can be turned from an esoteric technologyinto a design material, and how that can be used, and formed, with novel tools throughthe interaction design of a purposeful product in the domain of dental education.

Abstract [sv]

3D-haptik är en fascinerande teknologi med vilken användare kan utforska ochmodifiera tredimensionella datorgrafik-objekt med känseln, men dess användningspotentialär ofta missförstådd. För flertalet applikationsutvecklare är tekniken fortfarandetill stor del okänd, och de som känner till den har antingen alltför höga förväntingarav vad som är tekniskt möjligt, eller uppfattar 3D-haptik som alltför komplicerat föratt vara ett gångbart alternativ. Dessutom är 3D-haptik i sin nuvarande form tämligenomoget för interaktionsdesign. Detta beror till stor del på att en applikationsprototypsegenskaper och användarkvaliteter inte kan upplevas innan ett system är implementerati sin helhet, vilket kräver alltför stora utvecklingsresurser för att vara praktisktförsvarbart i de flesta designsituationer. För att uppnå en bra matchning mellan ett användarbehovi en viss situation och en potentiell lösning behöver en designer kunna åena sidan formge och finjustera tekniken, och å andra sidan vara öppen för att ifrågasättaoch ändra problemformulering och konceptdesign när hen lär sig mer om vilkamöjligheter tekniken erbjuder. Båda dessa aktiviteter kräver en god förståelse för vilkadesignmöjligheter som en viss teknik, eller material, erbjuder.

I den här avhandlingen presenterar jag ett nytt sätt att arbeta med interaktionsdesignför 3D-haptik. Genom att studera i synnerhet den seriellt länkade mekanismen somåterfinns i en vanligt förekommande typ av 3D-haptikenhet, och en kraftåterkopplandeskärande/borrande algoritm visar jag hur man kan omvandla dessa teknologier från attvara en svårtillgänglig ingengörskonst till en form som är mer redo för interaktionsdesign.Denna förberedelse resulterar i ett slags designmaterial, samt de verktyg ochprocesser som har visat sig nödvändiga för att effektivt kunna arbeta med materialet.Forskningen är grundad i en verklig tillämpning: en simulator för käkkirurgi vidnamn Kobra, som har utvecklas under sju år inom vår forskargrupp. Kobras utformninghar genomgått en evolutionär utvecklingsprocess med iterativ design och hundratalsmöten med målgruppen; lärarpraktiserande käkkirurger och studenter som användareoch potentiella kunder. Därvid har några designidéer, t.ex. gestaltning av patientfall, avdesignteamet fått utökad uppmärksamhet medan andra idéer, t.ex. automatisk gradering,har tonats ned.

Simulering är i sig självt en idé som ofta leder till ett ideal av realism; till exempelatt simulerade instrument ska uppföra sig som i verkligheten, det vill säga ett simulerattandläkarinstrument för att hävla (bända) tänder förväntas följa fysikens lagar och geåterkoppling i form av av både kraft och vridmoment. Om detta inte uppfylls betraktassimuleringen som undermålig. I det aktuella arbetet visas hur delar av realism-idealetinte är nödvändigt för att skapa meningsfulla lärandeapplikationer, och att det till ochmed kan vara kontraproduktivt eftersom det begränsar utforskande av kreativa designlösningar.Ifrågasättandet av realsimidealet resulterar i ett perspektivskifte vad gällersimulatorutveckling generellt, från att ensidigt fokusera på vidareutveckling av enskildatekniska komponenter, till att identifiera och dra nytta av kvaliteterna som redanerbjuds i modern haptisk teknik.

För att kunna arbeta kreativt med ett haptiksystem som en designresurs behöver vilära känna dess materialkvaliteter och hur, genom att ändra grundläggande parametrar,meningsfulla upplevelsekvaliteter kan moduleras och finjusteras. Detta kräver i sin turnyskapande av verktyg och arbetsflöden som möjliggör utforskande av det kreativadesignrummet, skapande av interaktionssketcher och finjustering av gestaltningen föratt tillgodose användarupplevelsen.

I grund och botten visar denna avhandling hur en specifik 3D-haptik-teknologi kanomvandlas från att vara en svårtillgänglig teknologi till att vara ett designmaterial, ochhur det kan användas, och formas, med nyskapande verktyg genom interaktionsdesignav en nyttoprodukt inom tandläkarutbildning

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2016. xiii, 81 p.
Series
TRITA-CSC-A, ISSN 1653-5723 ; 2016:06
Keyword
haptics, interaction design, surgery simulation, haptik, interaktionsdesign, medicinsk simulering, kirurgi
National Category
Human Computer Interaction
Research subject
Human-computer Interaction
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-183373 (URN)978-91-7595-882-8 (ISBN)
Public defence
2016-04-06, F3, Lindstedtsvägen 2, KTH, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20160309

Available from: 2016-03-09 Created: 2016-03-08 Last updated: 2016-03-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(7087 kB)99 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 7087 kBChecksum SHA-512
d5ea99b5e9176dbada49b22d82e2e79918a55db4d0c96d250be381ac4bf07ba5a70adc1d3975295efad19ed92e8c8d0fa2291b4498e7e6c3da4d9867f0913b2b
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full textScopusConference websiteACM Digital library

Search in DiVA

By author/editor
Forsslund, JonasSallnäs, Eva-Lotta
By organisation
Media Technology and Interaction Design, MID
Human Computer Interaction

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 99 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Altmetric score

Total: 98 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf