Οσφρητικές και Γευστικές Διεπαφές (Olfactory & Taste Interfaces)

Transcript

1 Τμήμα Πληροφορικής Αλληλεπίδραση Ανθρώπου Υπολογιστή ΠΜΣ - ΑΠΘ2010 Οσφρητικές και Γευστικές Διεπαφές (Olfactory & Taste Interfaces) Κεφαλάς Παύλος ΑΕΜ 288 1

2 Περιεχόμενα Η όσφρηση Ιστορική αναδρομή Μηχανισμός Παραγωγή οσμών Vaporization Blending Αναμετάδοση οσμών Παράγοντες που επηρεάζουν τις διεπαφές Odor intensityi Threshold Value Adaptation Nonlinearity Spatial Perception Σχεδιαστικές αρχές Αναμενόμενη επίδραση της επισύναψης μιας οσφρητικής διεπαφής Αριθμός οσμών Αριθμός χρηστών και χωρικών διαστάσεων Χρονικές πτυχές του ελέγχου οσμών Παραδείγματα ερευνητικών εργασιών 2

3 Η όσφρηση 3

4 Τι είναι η οσμή? Η όσφρηση είναι η αίσθηση που είναι σχετική με τη μυρωδιά, και οι οσφρητικές διεπαφές αναφέρονται στις συσκευές ή/και τα συστήματα που παρέχουν στους χρήστες τις πληροφορίες μέσω των οσμών. 4

5 Η μύτη Οι άνθρωποι λαμβάνουν τις οσμές από την ανίχνευση ορισμένων μορίων στην ατμόσφαιρα μέσω της μύτης 5

6 Δομή μύτης Στη ρινική κοιλότητα, υπάρχουν τρία ρινικά turbinates που χωρίζουν την πορεία της ροής αέρα στην κοιλότητα. Υπάρχει ένα όργανο που καλείται οσφρητικό επιθήλιο στην κορυφή της κοιλότητας, όπου οι μυρωδιές ανιχνεύονται. Τρία ρινικά turbinates Οσφρητικό επιθήλιο Πρόσληψη οσμών 6

7 Οσφρητικό επιθήλιο Τα μόρια των οσμών συλλαμβάνονται από το στρώμα βλέννας και ανιχνεύονται έπειτα από τα οσφρητικά κύτταρα Video 7

8 Οσφρητική αντίληψη Η οσφρητική αντίληψη περιλαμβάνει τρεις βασικούς στόχους: Εκτίμηση έντασης, Ποιοτική περιγραφή Τόνος ευχαρίστησης 8

9 Οσφρητικές διεπαφές Η οσφρητικές διεπαφές είναι ένα σχετικά νέο αντικείμενο. Μεταξύ των αποκαλούμενων «πέντε αισθήσεων,» μόνο η όσφρηση και την αίσθηση της γεύσης δεν έχουν εξεταστεί σε βάθος. Αυτές οι αισθήσεις είναι χημικές αισθήσεις. 9

10 Τι μπορούμε να μυρίσουμε? Τα υλικά που έχουν τις μυρωδιές είναι αρκετά περιορισμένα. Ο άνθρακας (C) το υδρογόνο (H) το οξυγόνο (O) το άζωτο (N) ο φώσφορος (P) το θείο (S) το χλώριο (CL) το βρώμιο (Br) και το ιώδιο (I) Τα περισσότερα μόρια με τις οσμές είναι οργανικές ενώσεις και έχουν μια περιορισμένη σειρά του μοριακού βάρους. Μόνο μόρια το των οποίων το βάρος είναι περίπου 30 έως 300 dalton έχουν τις οσμές, τα βαρύτερα και ελαφρύτερα μόρια όχι. 10

11 Σύνθεση οσμών Υπάρχει σύνθεση οσμών όπως συμβαίνει με τα χρώματα? Δυστυχώς όχι Οι άνθρωποι μπορούν να ανιχνεύσουν περίπου 0.4 εκατομμυρίων οι χημικών ενώσεων, και διακρίνουν τις χιλιάδες των μυρωδιών 11

12 Ιστορική αναδρομή 12

13 Ιστορική αναδρομή (1/2) Οι χρήστες θα μπορούσαν να απολαύσουν τους πολύμορφους κινηματογράφους ενσωματώνοντας τα αεράκια και οσμές, αν και οι επιδείξεις δεν ήταν διαλογικές. (Heilig, 1962) 13

14 Ιστορική αναδρομή (2/2) Ο McCarthy μπορούσε να εκπέμψει μια επιλεγμένη μυρωδιά και να παραγάγει μια ακολουθία διάφορων οσμών και την ονόμασε Smellitzer (McCarthy 1984 ) 14

15 Μηχανισμός 15

16 Παραγωγή οσμών Vaporization (Εξάτμιση) Ένας απλός τρόπος των μυρωδιών ατμοποίησης είναι φυσική εξάτμιση. Ένας άλλος τρόπος για την εξάτμιση μιας υγρής πηγής είναι με την παραγωγή λεπτής υδρονέφωσης του υγρού ο πιο γνωστός τρόπος είναι με τον ψεκασμό Blending (Συνδυασμός ) Για να αναμειχτούν οι μυρωδιές ενώ είναι σε υγρή μορφή, χρησιμοποιούνται αλκοολούχες ενώσεις Ένας άλλος τρόπος για τις συστατικές μυρωδιές είναι να συνδυαστούν αφότου ατμοποιείται κάθε μυρωδιά 16

17 Αναμετάδοση οσμών (1/3) Μόλις ατμοποιηθεί μια πηγή μυρωδιών, πρέπει να παραδοθεί στη μύτη. Η μέθοδος από την παράδοση εξαρτάται από το ύφος εφαρμογής, το οποίο περιλαμβάνει εάν οι χρήστες κινούνται ή περιπατάνε, και πόσο γρήγορα οι διάφορες μυρωδιές πρέπει να παραδοθούν στον χρήστη. 17

18 Αναμετάδοση οσμών (2/3) Ο παραδοσιακός τρόπος πρόσληψης οσμών είναι με την απελευθέρωση τους σε ένα δωμάτιο για κάποιο χρονικό διάστημα για αυτόν τον λόγο ονομάζονται και «διαχύτες». 18

19 Αναμετάδοση οσμών (3/3) O παραδοσιακός τρόπος τα αρώματα, εντούτοις, μπορεί να μην είναι ικανοποιητικός εάν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε τις μυρωδιές ως μέρος των τεχνολογικών μέσων. Το πρόβλημα με τις παραδοσιακές γεννήτριες αρώματος «διαχυτών» είναι ότι δεν μπορούν να σβήσουν τη μυρωδιά μόλις διασκορπιστούν μέσα στο διάστημα. 19

20 Χωροχρόνικος χειρισμός Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις στο χωροχρονικό έλεγχο των μυρωδιών. Κάποια είναι να εκπέμψει το ελάχιστο ποσό του παράδοσης της μυρωδιάς στη μύτη. (Διασωλήνωση ή Δακτυλίδια δίνης) Άλλος είναι να ενσωματωθεί ο εξοπλισμός αποβολών οσμών στο σύστημα. (Ενσωματωμένος εξοπλισμός) Ο αμεσότερος τρόπος ώθησης μικρών ποσοτήτων οσμών στη μύτη είναι να χρησιμοποιηθούν οι σωλήνες που φέρνουν το αέριο από τη γεννήτρια στην μύτη. 20

21 Διασωλήνωση Ο αμεσότερος τρόπος πρόσληψης μικρών ποσών οσμών στη μύτη είναι να χρησιμοποιηθούν οι σωλήνες που φέρνουν το αέριο σε αυτήν. Εάν η γεννήτρια μυρωδιάς τοποθετείται στον υπολογιστή γραφείου, ο χώρος εργασίας του χρήστη περιορίζεται από το μήκος του σωλήνα. 21

22 Δακτυλίδια δίνης Έχουν υπάρξει επίσης προσπάθειες να παραδοθούν οι μικρές μάζες οσμών μέσω ελεύθερου χώρου χωρίς χρησιμοποίηση των σωλήνων. Με τη χρησιμοποίηση της αρχής ενός δαχτυλιδιού δίνης, που προωθείται από το άνοιγμα ενός κιβωτίου. 22

23 Ενσωματωμένος εξοπλισμός Η δεύτερη επιλογή είναι να ενσωματωθεί ο εξοπλισμός αποβολών μυρωδιάς στο σύστημα. Χωρίς τέτοιο εξοπλισμό, η εκπεμπόμενη μυρωδιά θα διασκορπιστεί βαθμιαία και θα μειωθεί η πυκνότητα της. Τέτοια φυσική διάχυση είναι επαρκής εάν το ποσό εκπεμπόμενης μυρωδιάς είναι αρκετά μικρό. 23

24 Εφαρμογές των διεπαφών Αν και οι οσφρητικές διεπαφές είναι ακόμα σε ένα πρώτο στάδιο της ανάπτυξης, διάφορες επιτυχείς εφαρμογές μπορούν να βρεθούν. Τα συστήματα στρέφονται στην παραγωγή του αρώματος ή το χωροχρονικό έλεγχο των μυρωδιών. 24

25 Παραδείγματα ερευνητικών εργασιών 25

26 Olfactometer (1/2) Ένα olfactometer είναι ένα αξιόπιστο όργανο που χρησιμοποιείται στα πειράματα στην ανθρώπινη όσφρηση. 26

27 Olfactometer (2/2) Αν και είναι προσεκτικά σχεδιασμένα και εφαρμοσμένα με επιτυχία αφού έχουν διενεργηθεί αυστηροί έλεγχοι του τύπου μυρωδιάς, της συγκέντρωσης (ένταση), και του χρονικού σχεδιαγράμματος, αυτά τα συστήματα μπορούν να είναι δυσκίνητα για τους συνηθισμένους χρήστες. 27

28 ismell O DigiScents (1999) ανήγγειλε τα σχέδια για έναν διασκορπιστή οσμών, αποκαλούμενο ismell. Αυτός θα μπορούσε να εκπέμψει πολλαπλάσιες μυρωδιές. Διαμορφωμένος όπως ένα πτερύγιο καρχαριών, ο διασκορπιστής λειτούργησε ως περιφερειακή συσκευή για PC. 28

29 France Telecom Ανέπτυξε τους πολυδιαυλικούς διασκορπιστές μυρωδιάς που αποτελούνται από τα αρωματικά πηκτώματα και έναν ανεμιστήρα που ελέγχεται περιέχοντας μέσω μιας γραμμής επικοινωνίας USB. 29

30 Nakamoto Ανέπτυξε ένα σε πραγματικό χρόνο σύστημα odorblending ως μέρος από ένα odor-recording σύστημα, χρησιμοποίησαν τις βαλβίδες σωλήνων οι οποίοι μπορούσαν να ανοίξουν και να κλείσουν πολύ γρήγορα, και πέτυχαν τον έλεγχο της πυκνότητας πολλαπλάσιες μυρωδιές σε πραγματικό - χρόνο. 30

31 Tanikawa Δημιούργησε ένα φορητό σύστημα που εστίαζε στην χρονική διανομή με τέσσερις εξόδους οσμών μέσω σωληνώσεων Επέτρεπε στον χρήστη να μετακινηθεί στον χώρο και να εξερευνήσει τον εικονικό οσφρητικό περιβάλλον (2006). 31

32 Mochizuki Ανέπτυξε ένα σύστημα οσφρητικού βραχίονα, εστιάζοντας στα αντικείμενα που κρατά στα χέρια του ο άνθρωπος και τα φέρνει στην μύτη του (2004). 32

33 Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας Στο Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας σχεδίασαν και εφάρμοσαν περιδέραιο- διαμορφωμένη μονάδα που εξοπλίζεται με τέσσερις μικρούς ασύρματος- ελεγχόμενους πομπούς οσμών (2003). 33

34 MicroScent Ανέπτυξε μια γεννήτρια οσμών που μπορεί να παραδώσει μια μικρή ποσότητα μυρωδιά τοπικά με τη χρησιμοποίηση του δαχτυλιδιού δίνης που προωθείται από το άνοιγμα εσωκλειόμενο διάστημα 34

35 Yanagida Πρότεινε μια μέθοδο προώθησης οσμών που χρησιμοποιεί επίσης την αρχή του δαχτυλιδιού δίνης.. (2004) Το σύστημά τους έχει μια λειτουργία εντοπισμού που στοχεύουν τη μύτη του χρήστη Η μύτη του χρήστη ακολουθείται από την ανίχνευση της θέσης του μέσω της επεξεργασίας εικόνας, και η πλατφόρμα που φέρνει το σώμα του πυροβόλου αέρα μετακινείται για να κατευθύνει προς τη μύτη. 35

36 Εφαρμογές Προσομοιωτής πυρκαγιάς εκπέμπει οσμές που προκαλούνται σε μια κατάσταση πυρόσβεσης + παρέχει ένα εικονικό περιβάλλον για την εκπαίδευση πυροσβεστών 36

37 Παράγοντες που επηρεάζουν τις διεπαφές 37

38 Παράγοντες Odor Intensity (Ένταση οσμών) Threshold Value (Κάτω όριο εκπομπών) Adaptation (Προσαρμογή) Multiplier Effect and Masking Effect (Επίδραση πολλαπλασιαστών και επίδραση μασκών) Nonlinearity (Μη γραμμικότητα ) Spatial Perception (Χωρική αντίληψη) 38

39 Odor Intensity (Ένταση οσμών) (1/4) Αν και οι άνθρωποι θεωρούνται ικανοί να διακρίνουν χιλιάδες μυρωδιές, δεν υπάρχει αυτήν την περίοδο καμία μέθοδος, όπως αναφέρεται προηγουμένως, για να συνθέσει τις τυχαίες οσμές με τη μίξη ενός μικρού συνόλου «αρχικών» οσμών. 39

40 Odor Intensity (Ένταση οσμών) (2/4) Η υποκειμενική ένταση μιας μυρωδιάς που αντιλαμβάνεται κάθε άνθρωπος συσχετίζεται με τη συγκέντρωση των μορίων μιας μυρωδιάς στην μύτη. Όταν τα πολλά μόρια μυρωδιών συνυπάρχουν, οι μυρωδιές που έχουν τις υψηλότερες συγκεντρώσεις μοριακού βάρους είναι πάντα υποκειμενικά κυρίαρχες. 40

41 Odor Intensity (Ένταση οσμών) (3/4) Συγκέντρωση: Αυτή η παράμετρος αναφέρεται στην τιμή, που περιγράφει τα γραμμάρια, την μοριακή συγκέντρωση, τα ποσοστά, ή την συγκέντρωση ανά εκατομμύριο (PPM). Diffusivity: Αυτή η παράμετρος αναφέρεται στο πόσο γρήγορα η μυρωδιά διασκορπίζει στην ατμόσφαιρα, και ορίζεται ως η απόσταση που το μόριο μυρωδιών μπορεί να φθάσει μέσα σε έναν καθορισμένο χρόνο ή το χρόνο που απαιτείται για το μόριο μυρωδιών για να φτάσει σε μια ορισμένη απόσταση. 41

42 Odor Intensity (Ένταση οσμών) (4/4) Σημείο βρασμού: Η θερμοκρασία στην οποία η πίεση ατμού γίνεται ίση με την περιβαλλοντική πίεση. Το σημείο βρασμού για τις περισσότερες ενώσεις μυρωδιών είναι μέσα στη σειρά από 150 ο έως 300 ο C. Πτητικότητα : Το ποσό υλικού μυρωδιών που καταναλώνεται σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. 42

43 Threshold Value (ΚάτωΚάτω όριο εκπομπών) (1/2) Η ελάχιστη συγκέντρωση στην οποία οι άνθρωποι μπορούν «να ανιχνεύσουν» μια μυρωδιά καλείται ελάχιστη τιμή για την αναγνώριση. Υπάρχουν πολλαπλάσιοι ορισμοί της αξίας κατώτατων ορίων: ανίχνευση, αναγνώριση, και διαφορικό. 43

44 Threshold Value (ΚάτωΚάτω όριο εκπομπών) (2/2) Τιμή κατώτατων ορίων ανίχνευσης: Οι μυρωδιές δεν μπορούν να ανιχνευθούν στις πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις μυρωδιών. Αξία κατώτατων ορίων αναγνώρισης: Με την αύξηση της συγκέντρωσης οσμών πέρα από κατώτατο όριο ανίχνευσης, η ποιότητα ή η εντύπωση της μυρωδιάς σε μια ορισμένη συγκέντρωση μπορεί να περιγραφεί. Διαφορική αξία κατώτατων ορίων: Η ελάχιστη διαφορά στη συγκέντρωση που μπορεί ανιχνεύεται καλείται διαφορική αξία κατώτατων ορίων. Συνήθως, περιγράφεται μέσα ποσοστά ως αναλογία της ελάχιστης ανιχνεύσιμης διαφοράς στον αρχικό ένταση 44

45 Adaptation (Προσαρμογή) Μετά από τη συνεχή έκθεση σε μια μυρωδιά, η υποκειμενική ένταση της μυρωδιάς μειώνεται βαθμιαία μετά από μια ορισμένη περίοδο, η μυρωδιά δεν ανιχνεύεται άλλο συνειδητά. Αυτό το φαινόμενο καλείται προσαρμογή, και θεωρείται ένας μηχανισμός που ρυθμίζει την ευαισθησία σε μια μυρωδιά. Cross-adaptation: είναι το φαινόμενο της μειωμένης ευαισθησίας μιας μυρωδιάς μέσω της έκθεσης σε άλλη. 45

46 Multiplier Effect and Masking Effect (Επίδραση πολλαπλασιαστών και επίδραση μασκών) Όταν δυο οσμές αναμιγνύονται η ένταση άλλοτε ενισχύεται και άλλοτε καταστέλλεται. Η ενίσχυση ονομάζεται Multiplier Effect. Η απελευθέρωση οσμών που καλύπτουν κάποιες άλλες ονομάζεται Masking Effect. 46

47 Nonlinearity (ΜηΜη γραμμικότητα ) Οι αλλαγές στη συγκέντρωση οδηγούν μερικές φορές στις ποιοτικές παρά ποσοτικές αλλαγές, ειδικά για τις πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Αυτό το φαινόμενο καλείται modification (Τροποποίηση) 47

48 Spatial Perception (ΧωρικήΧωρική αντίληψη) (1/2) Η εύρεση της θέσης μιας πηγής μυρωδιάς είναι ένας σημαντικός στόχος σχετικός με τη χωρική αντίληψη από την όσφρηση. Καθώς κινούμαστε μπορούμε να συγκρίνουμε την πορεία μας και τον τρόπο με τον οποίο αλλάζει η ένταση των οσμών χρονικά και συνεπώς να εντοπίσουμε την πηγή τους. 48

49 Spatial Perception (ΧωρικήΧωρική αντίληψη) (2/2) Υπάρχει οσφρητική αντίστοιχα στα διοφθαλμικά συνθήματα μέσω της χρήσης δύο ρουθουνιών? Απ: Η χρονική διαφορά των οσφρητικών ερεθισμάτων για κάθε ρουθούνι συμβάλλει στον εντοπισμό της πηγής μυρωδιάς 49

50 Σχεδιαστικές αρχές 50

51 Σχεδιαστικές αρχές Expected Effect of Appending an Olfactory Interface (Αναμενόμενη επίδραση της επισύναψης μιας οσφρητικής διεπαφής) Number of Odors (Αριθμός οσμών) Number of Users and Spatial Dimensions (Αριθμός χρηστών και χωρικών διαστάσεων) Temporal Aspects of Odor Control (Χρονικές πτυχές του ελέγχου οσμών) 51

52 Αναμενόμενη επίδραση της επισύναψης μιας οσφρητικής διεπαφής Ο σχεδιαστής πρέπει να λάβει υπόψη εάν είναι σημαντικό ή αποτελεσματικό για το σύστημα να επισυνάψει ένα οσφρητικό κανάλι. Μπορούν να υπάρξουν ζητήματα όταν η οσφρητική διεπαφή δεν είναι ο βασικός μηχανισμός της αλληλεπίδρασης. Σε αυτήν την περίπτωση, οι σχεδιαστές πρέπει να αποφασίσουν εάν η οσφρητική επίδραση αξίζει το συμπληρωματικό κόστος και την πολυπλοκότητα στο σύστημα. 52

53 Αριθμός οσμών Δεν υπάρχει μέθοδος που να συνθέτει τυχαίες οσμές. Ο αριθμός των οσμών που μπορεί να περιέχει μια εφαρμογή πρέπει να είναι μικρός για να μπορεί να λαμβάνεται από τον χρήστη. 53

54 Αριθμός χρηστών και χωρικών διαστάσεων Το επόμενο σημείο που εξετάζει είναι ο αριθμός χρηστών για την ταυτόχρονη προώθηση οσμών. Εάν η εφαρμογή είναι για έναν χρήστη, μια συσκευή προσωπικού μεγέθους, όπως μια μικρή γεννήτρια οσμών που βρίσκεται κοντά στο χρήστη, μπορεί να εφαρμοστεί. Εάν η εφαρμογή είναι για πολλούς χρήστες, υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για να επιτευχθούν οι οσφρητικές διεπαφές πολλών χρηστών : παροχή μιας προσωπικής συσκευής για κάθε χρήστη ή έλεγχος ενός οσφρητικού συστήματος μεγάλου όγκου σε ένα χώρο για όλους τους χρήστες. 54

55 Χρονικές πτυχές του ελέγχου οσμών (1/4) Κατά την εφαρμογή των οσφρητικών διεπαφών με οπτικοακουστικές ή διαλογικές εφαρμογές, η ταχύτητα των αλλαγών ή των αντικαταστάσεων των οσφρητικών ερεθισμάτων είναι ένα σημαντικό ζήτημα. Video 55

56 Χρονικές πτυχές του ελέγχου οσμών (2/4) Η χρήση των οσφρητικών διεπαφών μαζί με τα οπτικοακουστικά προγράμματα ή οι εφαρμογές με τη γρήγορη αλληλεπίδραση απαιτούν βραχυπρόθεσμές αλλαγές Οι πιθανές λύσεις είναι : Σχεδίαση ολόκληρης της εγκατάστασης με εξαερισμό Εκπομπή της μικρότερης δυνατής ποσότητας 56

57 Πείραμα (1/3) Διενεργήθηκε ένα πείραμα σε μηχανολόγους φοιτητές για να δουν αν η οσμή μέντας βοηθά στην απομνημόνευση και την επανάκτηση μνήμης κατά την διάρκεια και έπειτα από την ανάγνωση εκπαιδευτικών σελίδων στο διαδίκτυο. Οι οσμές παράχθηκαν κατά την διάρκεια του πειράματος χρησιμοποιώντας μηχανισμούς, ηλεκτροχημικές μεθόδους ή συνδυασμό των δυο. 57

58 Πείραμα (2/3) Μέθοδος: Χρησιμοποιήθηκε ερωτηματολόγιο με κλιμακωτή βαθμολόγηση. Μια προεξέταση γνώσης και μια μετά. Υλικά: Φρέσκα φύλλα μεντών χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη. Κάθε συμμετέχων χρησιμοποίησε έναν υπολογιστή γραφείου με μια τυποποιημένες μηχανή αναζήτησης και μια σύνδεση στο Διαδίκτυο. Ένα δωμάτιο 26 υπολογιστών χρησιμοποιήθηκε για αυτήν την μελέτη, όπου κάθε συμμετέχων καθόταν ο ένας δίπλα στον άλλο σε σειρές. Συμμετέχοντες: Οι συμμετέχοντες σε αυτήν την μελέτη ήταν 26 σπουδαστές μηχανολόγοι (22 άνδρες και 4 γυναίκες), με έναν μέσο όρο ηλικίας 21 ετών. Κανένας δεν είχε παρόμοια οσφρητική αλληλεπίδραση στο παρελθόν. Διαδικασία: Ο κάθε ένας καθόταν σε ένα υπολογιστή και τους χορηγήθηκαν συμβουλές και η προεξέταση. Με ερωτήσεις όπως: Πόσες οσμές αντιλαμβάνεται η ανθρώπινη μύτη? Ποια είναι τα μέρη της μύτης? Γράψτε τους 7 τύπους οσφρητικών κυττάρων. Γράψτε και εξηγήστε δυο ασθένειες που σχετίζονται με την όσφρηση. 58

59 Πείραμα (3/3) Στόχος: Ήταν να ανοίξουν, να διασχίσουν και να διαβάσουν την σελίδα //es.wikipedia.org/wiki/ Olfato. Αυτή η σελίδα Wikipedia περιέχει περιγραφή του ανθρώπινου οσφρητικού συστήματος. Κάθε συμμετέχων έπρεπε να πάρει τρία φύλλα μεντών, να τα τρίψει με τα δάχτυλά τους για να απελευθερώσει τη μυρωδιά τους, και να τα μυρίσει διαβάζοντας την ιστοσελίδα. Δυο ομάδες φοιτητών σχηματιστήκαν. Αυτοί που έπρεπε να τρίψουν τα φύλλα και έπειτα να διαβάσουν την σελίδα και αυτοί που διάβασαν την σελίδα χωρίς να μυρίσουν τα φύλλα. Μετά το πέρας τους δόθηκε το δεύτερο τεστ 59

60 Γεύση 60

61 Περιεχόμενα Η γεύση Γλώσσα Τεχνολογία των διεπαφών Filter paper discs Food Simulator Haptic Device in a Food Simulator Multisensory Display Human factors design of the interface Measurement of Biting Force of Real Food Method of Generating Biting Force Techniques for testing the interface Πείραμα 1 Πείραμα 2 Σχεδιαστικές αρχές 61

62 Τι είναι η γεύση? Είναι μία από τις πέντε αισθήσεις, με την οποία αντιλαμβανόμαστε την ποιότητα των τροφών και των υγρών στο στόμα ανάλογα με τον τρόπο που ερεθίζουν τη γλώσσα. 62

63 Η αίσθηση της γεύσης Οι άνθρωποι ανιχνεύουν χημικά στοιχειά στις τροφές με την χρήση των δεκτών της γλώσσας. Αν και μπορούν να δοκιμάσουν πολλές χημικές οντότητες μπορούν μόνο να νιώσουν τις εξής γεύσεις: Sweet (γλυκιά( γλυκιά) Bitter (πικρή( πικρή) Sour (ξινή( ξινή) Salty (αλμυρή( αλμυρή) Umamimami (αλμυρή) 63

64 Γεύσεις (1/3) Sweet (Γλυκιά): Η κοινή γλυκιά ουσία είναι η σακχαρόζη που είναι γνωστή σαν ζάχαρη Bitter (Πικρή): Η πικρή γεύση αποτρέπει την κατάποση των τοξικών ενώσεων. Παράδειγμα πικρής γεύσης είναι η καφεΐνη στον καφέ 64

65 Γεύσεις (2/3) Sour (ξινή( ξινή): Οι ξινές ουσίες είναι συνήθως οξέα. Παράδειγμα ξινής γεύσης είναι το ξύδι Salty (αλμυρή( αλμυρή): Κάθε αλμυρή ουσία περιέχει NaCl γνωστό και σαν αλάτι 65

66 Γεύσεις (3/3) Umami (αλμυρή): Είναι μια κινέζικη λέξη που σημαίνει αλμυρός (savory). Το χαρακτηριστικό συστατικό που περιέχει είναι οι γλουταμίνες που βρίσκονται στο κρέας, το τυρί και σε φαγητά πλούσια σε πρωτεΐνες 66

67 Γιατί είναι δύσκολες οι διεπαφές που βασίζονται στην γεύση Είναι το τελευταίο σύνορο της εικονικής πραγματικότητας. Η γεύση είναι δύσκολο να αναπαραχθεί διότι είναι μια πολυμορφική αίσθηση που αποτελείται από χημικές ουσίες, ήχο, οσμή και αφή. 67

68 Γλώσσα Η γλώσσα αποτελείται από τρία μέρη, τη ρίζα, το σώμα κορυφή Η κορυφή και το σώμα βρίσκονται στην ιδίως στοματική κοιλότητα ενώ η ρίζα προσφύεται κυρίως στο έδαφος του στόματος. Το άνω τμήμα της γλώσσας που ονομάζεται ράχη. Το στοματικό μέρος αποτελεί τα δύο τρίτα ενώ το φαρυγγικό το υπόλοιπο ένα τρίτο. 68

69 Γλώσσα Η αντίληψη της γεύσης γίνεται από ένα βιολογικό αισθητήρα μεμβρανών που βρίσκονται στην γλώσσα. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να αντιληφτούν μόνο τις 5 γεύσεις που αναφέραμε. Σημαντικό ρόλο παίζει και η σύσταση των τροφών. 69

70 Τεχνολογία των διεπαφών Δεν υπάρχει καμία αλληλεπιδραστική τεχνική μέχρι σήμερα που να αναπαράγει την γεύση. Η παραδοσιακή τεχνική για την αναπαραγωγή της γεύσης είναι η χρήση των φίλτρων χαρτιού σε δίσκους. 70

71 Filter paper discs Ένα μικρό φίλτρο χαρτιού που περιέχει χημικές ουσίες τοποθετείται στην γλώσσα. Η πυκνότητα των ουσιών διαφέρει σε κάθε σημείο του φίλτρου. Εντούτοις, δεν έχει υπάρξει καμία τεχνική για να αναπαράγει την προτίμηση του χρήστη. 71

72 Food Simulator Προσπάθεια δημιουργίας μιας διεπαφής που θα αναπαρήγαγε στον χρήστη τη σύσταση τροφίμων καθώς επίσης και την γεύση. Το άλυτο πρόβλημα στην αναπαραγωγή της γεύσης ήταν ζήτημα απτικό. 72

73 Food Simulator Ο πρώτος στόχος ήταν να αναπτυχτεί μια διεπαφή για το δάγκωμα. (Haptic Device in a Food Simulator) Έπρεπε να διαμορφωθεί κατάλληλα για να μπαίνει στο στόμα και να ελέγχεται αποτελεσματικά στην αναπαράσταση των συστατικών των τροφών. Ο δεύτερος στόχος ήταν να παρουσιαστεί στον χρήστη μια πολύμορφη αίσθηση για αυτόν τον λόγο ενσωματώθηκαν ήχοι δαγκώματος. (Multisensory Display) 73

74 Food Simulator Για να επιτύχουν τους στόχους τους δημιούργησαν μια απτική διεπαφή που παρουσιάζει την δύναμη δαγκώματος. Ο προσομοιωτής αναπαρήγαγε τον ήχο δαγκώματος από μια πραγματική τροφή. Η χημική αίσθηση της γεύσης παράγονταν με την χρήση injection pump που συνδέονταν με ένα σωλήνα. 74

75 Haptic Device in a Food Simulator Η διεπαφή εφάπτεται στο στόμα του χρήστη επιτρέποντας ένα βαθμό ελευθερίας (DOF) Καταγραφή του πρώτου δαγκώματος του χρήστη 75

76 Multisensory Display Sound: Καταγραφή του ήχου δαγκώματος που γίνεται αντιληπτός από την δόνηση της γνάθου με μικρόφωνο δονήσεων κοκάλων Έπειτα ο ήχος συγχρονίστηκε με το δάγκωμα. 76

77 Multisensory Display Chemical Taste: Οι χημικές αισθήσεις που γίνονται αντιληπτές από τη γλώσσα συμβάλλουν πολύ στην γεύση Μιατυχαίαγεύση μπορεί να συντεθεί από συνδυασμό κάποιον από τις 5 βασικές 77

78 Multisensory Display Η αίσθηση ενισχύθηκε με χρήση υγρών χημικών που αποστέλλονταν με χρήση σωλήνα από την συσκευή injection pump (Nichiryo, DDU- 5000). 78

79 Human factors design of the interface 79

80 Human factors design of the interface Measurement of Biting Force of Real Food (Μέτρηση του δαγκώματος της δύναμης των πραγματικών τροφίμων) Method of Generating Biting Force (Μέθοδος αναπαραγωγής της δύναμης δαγκώματος) 80

81 Measurement of Biting Force of Real Food Ο προσομοιωτής τροφίμων παρήγαγε την δύναμη προσομοιώνοντας την δύναμη που καταγράφεται από ένα άτομο που δαγκώνει πραγματικά τρόφιμα με χρήση αισθητήρα δύναμης Film-like. like. 81

82 Measurement of Biting Force of Real Food Διάγραμμα [1] δύναμης δαγκώματος πραγματικού crackers (στην πρώτη κορυφή είναι το δάγκωμα του εξωτερικού περιβλήματος και στην\ δεύτερη του εσωτερικού) Διάγραμμα [2] δύναμης δαγκώματος πραγματικού τυριού όπου η κλίση δείχνει την ελαστικότητα του τροφίμου 82

83 Μέθοδος προσομοίωσης του τυριού Μέτρηση δύναμης εικονικού τυριού Method of Generating Biting Force Δύο τύποι τροφίμων προσομοιώθηκαν: crackers και τυρί. Μέθοδος προσημείωσης πραγματικού cracker Μέτρηση δύναμης εικονικού cracker 83

84 Πειράματα Αξιολογήθηκε η ικανότητα του προσομοιωτή να αναπαραστήσει εικονικά φαγητά. Ο σημαντικότερος στόχος αυτού του πειράματος ήταν να ανακαλυφθεί εάν η συσκευή θα μπορούσε να αναπαραστήσει τις διαφορές στη σύσταση τροφίμων. 84

85 Πείραμα 1 Στόχος: Οι συμμετέχοντες κλήθηκαν να δαγκώσουν τη συσκευή και να απαντήσουν εάν τα εικονικά τρόφιμα ήταν μια cracker ή ένα τυρί. Συμμετέχοντες: Οι συμμετέχοντες (22 έως 24 ηλικίες) ήταν έξι φοιτητές πανεπιστημίου που συμμετείχαν εθελοντικά στο πείραμα. Διαδικασία: Κάθε συμμετέχων δοκίμασε 10 εικονικά τρόφιμα. Οι συμμετέχοντες κλήθηκαν να ξεχωρίσουν τα τρόφιμα μεταξύ τους. Αποτελέσματα: Οι απαντήσεις ήταν 98.3 τοις εκατό σωστές. Συζήτηση: Όλοι οι συμμετέχοντες ήταν ικανοί να διακρίνουν μεταξύ των δύο εικονικών τροφίμων. Η συσκευή πέτυχε έτσι στην αντιπροσώπευση της σκληρότητας των τροφίμων. 85

86 Πείραμα 2 Στόχος: Τα ακόλουθα τρία τρόφιμα χρησιμοποιήθηκαν: Food A Cracker Food B Biscuit Food C Japanese crispy snack Συμμετέχοντες: Χρησιμοποιήθηκαν οι ίδιοι συμμετέχοντες με το πείραμα 1. Διαδικασία: Κάθε τρόφιμο παρουσιάστηκε 60 φορές κατά συνέπεια, κάθε συμμετέχων επέλεξε 180 εικονικά τρόφιμα. Έπειτα κλήθηκαν να διακρίνουν μεταξύ τριών τυχαία επιδειχθέντων τροφίμων. Αποτελέσματα Food A: 69.1 % Food B: 59.1 % Food C: 28.2 % Συζήτηση: Οι περισσότεροι συμμετέχοντες δεν μπόρεσαν να διαχωρίσουν το Ebisen από τα crackers. Αιτία ήταν η εσωτερική υφή των τροφίμων. 86

87 Σχεδιαστικές αρχές 87

88 Σχεδιαστικές αρχές Οι σύνδεσμοι της δύναμης που ανατροφοδοτούν τη συσκευή πρέπει να είναι ταιριάζουν στη δομή του σαγονιού του χρήστη. Το εξάρτημα που εφάπτεται στο στόμα και παρέχει ανατροφοδότηση πρέπει να είναι λεπτό και μεγάλης αντοχής. Για λόγους υγιεινής τα υλικά πρέπει να είναι μιας χρήσης. Ο σωλήνας που διαχέει το χημικό υγρό για προσημείωση της γεύσης πρέπει να εφάπτεται στην γλωσσά. 88

89 Smell to the universe Τέλος 89