Havayla Çalışan Hücre Dizileri Dokunsal Ekranlar İçin

ÖZGÜN ARAŞTIRMA MAKALESİ

Front. Robot. AI, 09 Kasım 2026

Sec. Haptikler

• KD

  Krishna Dheeraj Kommuri 1†

• AM

  Astrid M. L. Kappers 2,3†

• IA

  Irene A. Kuling 1† *

• 1. Reshape Lab, Robotik, Makine Mühendisliği Bölümü, Eindhoven Teknoloji Üniversitesi, Eindhoven, Hollanda

• 2. Robotik, Makine Mühendisliği Bölümü, Eindhoven Teknoloji Üniversitesi, Eindhoven, Hollanda

• 3. IE&IS Bölümü, İnsan-Teknoloji Etkileşimi, Eindhoven Teknoloji Üniversitesi, Eindhoven, Hollanda

Makale ölçütleri

Görüntülemeler

İndirmeler

Özet

Bu çalışma, dokunsal gösterim uygulamaları için hem statik basıncı hem de titreşimsel (vibrotaktik) uyaranları iletebilen, uç parmak boyutunda, 3×3 boyutlarında bir Pneumatik Hücre Birimi (PUC) aktüatör dizisi sunmaktadır. Dizinin algısal sunum yeteneklerini değerlendirmek amacıyla iki psikofiziksel çalışma yürütüldü; biri kontrolsüz ortam ortamında, diğeri ise kontrollü ortamda gerçekleştirildi. İlk çalışma, farklı sayıda aktif aktüatör ve çizgi ve nokta biçiminde düzenlemeler kullanarak çoklu-uyaran desen algısını inceledi. Sonuçlar, desenlerin çoğunun ayrık noktalar olarak algılandığını gösterdi. İkinci çalışma ise PUC dizisinin tek hücreli yenilenen Braille gösterimi olarak potansiyelini araştırdı. Statik basıncı uyaranlar için yüksek konumlandırma doğruluğu gözlemlendi; ortalama oransal doğru oranı %93’e kadar ulaştı. Dikkat çeken bir şekilde, geçiş yöntemleri ve aktüatör durum değişimlerinin sayısı konumlandırma performansını anlamlı düzeyde etkilemedi. Bu bulgular, PUC dizilerinin kompakt dokunsal gösterimler sağlamadaki umut vericiliğini vurgulamakta, geleceğe yönelik çoklu-uyaran sunumu için içgörü sunmakta ve Braille sistemlerinde tek hücre birimi olarak potansiyellerini göstermektedir.

1. Giriş

İnsanlar dokunma yoluyla uyaranların zengin bir yelpazesini algılar. Bu, uyumluluk, sürtünme ve sıcaklık gibi yüzey özelliklerini; çizgiler ve ince desenler gibi geometrik özellikleri de kapsar Okamoto ve ark. (2013); Sathian (1989). Örneğin, elinize bir coin verildiğinde, dokunsal algı onun sertliğini, sıcaklığını, boyutunu, şeklini ve hatta kabartmalarındaki ince ayrıntıları ayırt etmenizi sağlar. Bu zengin dokunsal uyaranları nasıl algıladığımız ve yorumladığımızı anlamak, karmaşık gerçeklik ortamlarında dokunsal deneyimlerin yeniden üretilmesinde önemlidir. Bu makalede, çoklu uyaran sunumu ve Braille karakterleri de dahil olmak üzere mekânsal dokunsal desenlerin algısını incelemek için parmak ucuna boyutlu bir pnömatik aktüatör dizisi kullanıyoruz.

Çalışmamızı bağlamına oturtmak için önce dokunsal gösterimler üzerine literatürü gözden geçiriyoruz. Önceki çalışmalar, karmaşık dokunsal uyaran sunumu sorununu genellikle birden fazla aktüatör içeren farklı gösterim mimarileriyle ele almıştır. Genel olarak, dokunsal gösterimler için üç kategori tanımlanabilir: yüzey dokunsal gösterimleri Basdogan ve ark. (2020); Reardon ve ark. (2023), pinyalı diziler Sarakoglou ve ark. (2012); Wagner ve ark. (2002); Kim ve ark. (2009); Kyung ve Lee (2009); Wu ve ark. (2025); Ujitoko ve ark. (2020); Moy ve ark. (2000) ve şekil değiştirebilir elastomerik aktüatör dizileri Koo ve ark. (2006); Leroy ve Shea (2023); King C. H. ve ark. (2008). Yüzey dokunsal gösterimler, dokunsal uyaranları yüzey üzerinde sürekli biçimde sunar; genellikle temas sürtünmesini modüle ederek Basdogan ve ark. (2020) veya ses dalgalarını odaklayarak (Basdogan ve ark. (2020); Reardon ve ark. (2023)). Bu sistemler, yerleşik uygulamalar için ve paylaşımlı, geniş alanlı dokunsal deneyimler sunmak için özellikle etkilidir (Reardon ve ark. (2023)). Ancak, birden fazla dokunsal uyaranı birleştirme yetenekleri sınırlıdır ve genellikle giyilebilir, parmak ucu uygulamaları için uygun değildir.

Pin dizili ekranlar, statik basınç uyaranları sağlamak için cildi bastıran birden fazla aktuatörden oluşur. Aktüasyon genellikle elektromekanik olarak Sarakoglou ve ark. (2012); Wagner ve ark. (2002); Kim ve ark. (2009); Kyung ve Lee (2009); Wu ve ark. (2025) ya da pneumatik olarak Ujitoko ve ark. (2020); Moy ve ark. (2000) yoluyla sağlanır. Bu sistemler şekilleri (Harnett ve ark. (2025)) ve Braille desenlerini (Ignat ve ark. (2017); Bettelani ve ark. (2020)) işlemek için oldukça uygundur. Pin dizili ekranlarda performans iyileşmeleri büyük ölçüde aktuator yoğunluğunu (Shen ve ark. (2023); Ujitoko ve ark. (2020)) ve temas alanını (Ujitoko ve ark. (2020)) artırarak elde edilmiştir; bu, Bhatnagar ve ark. (2023) ile Shimojo ve ark. (1997) tarafından koyulan algısal kriterleri karşılamak içindir. Shimojo ve ark. (1997), parmak ucunda güvenilir şekil tanıma için yeterli olan 3 mm veya daha az bir aktuator aralığını göstermiştir. Örneğin, Kyung ve Lee (2009), 3×3 konfigürasyonda 9 aktuatörlü bir dizili kullanmış ve Braille sayılarında ortalama %80 tanıma bildirmiştir; Ujitoko ve ark. (2020) ise 12×10+8 konfigürasyonda 128 aktuatörlü bir matris geliştirmiş ve İngiliz alfabesinde %93 tanıma doğruluğu elde etmiştir. Ancak bu ekranlar başlıca statik basmayla sınırlıdır.

Deformasyon gösterilebilir elastomerik aktüyer dizileri, esnek zarların deformasyonu aracılığıyla dokunsal uyaranlar üretir. Aktüasyon, elektro-aktif polimerler Koo et al. (2006); Leroy and Shea (2023), pnömatik şişirme King C. et al. (2008) veya elektro-osmotik pompalar gibi sıvı tabanlı yöntemlerle Shultz et al. (2023); Shen et al. (2023) gerçekleştirilebilir. Bu yaklaşımlar, prensip olarak hem statik hem de vibrotaktik uyaranlar sunabilir. Elektro-aktif polimer aktüyerleri buna rağmen küçültme konusunda zorluklarla karşılaşır: daha küçük boyutlar ulaşılabilecek deformasyonu azaltır. Birden fazla elektro-aktif polimer katmanını üst üste yerleştirme Koo et al. (2006) veya elektrostatik fermuar mekanizmaları kullanma Leroy and Shea (2023) gibi stratejiler yer değiştirmeyi artırabilir, ancak genellikle azaltılmış aktüyer yoğunluğu ve artmış üretim karmaşıklığı pahasına. Elektro-osmotik pompa ile sürülen aktüyerler hem boyut Shultz et al. (2023) hem de yoğunluk Shen et al. (2023) açısından yüksek doğruluk göstermiş ve birden fazla dokunsal uyaran biçimini sunabilmiştir. Ancak operasyonları genellikle rijit PCB tabanları üzerine oturan çok katlı üretim süreçlerini gerektirdiğinden, özünde düz kalırlar ve karmaşık geometrilere uyum sağlayamazlar.

Pnömatik ile sürülen elastomerik aktüyerler, sık sık yumuşak aktüyerler olarak adlandırılır, hem statik hem de vibrotaktik uyaranlar sunabilir Bai et al. (2021); Hassan et al. (2020); Sonar et al. (2020); Talhan et al. (2022); Hashem et al. (2021); Talhan et al. (2020). Basit üretim, tasarım esnekliği ve kavisli yüzeylere uyum sağlama yeteneği sunar Talhan et al. (2019); Frediani and Carpi (2020); He et al. (2015); Wu and Culbertson (2019); Nunez et al. (2022). Ancak küçültme, sırasıyla belirgin bir aktüasyon üretmek için gereken basınçları artıran sertlik King C. et al. (2008) getirir.

Bu bağlamda, sadelik ve erişilebilirlik için tasarlanmış bir dokunsal ekran sunuyoruz. Sistemimiz, hem statik basıncı hem de vibrotaktile uyarıları iletebilen, pneumatik olarak tahrik edilen bir aktör dizisinden oluşuyor. Aktör tasarımı, miniaturizasyonla genellikle ortaya çıkan sertlik zorluklarını aşarken, farklı dizi boyutlarına ölçeklenebilir ve bağımsız elemanlar olarak çalışabilecek kadar esnek olmayı sürdürüyor. Basit üretimi sayesinde ekran, algısal soruları incelemek için pratik bir platform sağlıyor. Özellikle, literatürde sistematik olarak incelenmemiş bir birleşim olan eşzamanlı statik ve vibrotaktile uyarılamanın psikofiziksel çalışmalarına odaklandık. Ayrıca ekranın yenilenebilir bir Braille hücresi olarak potansiyelini de değerlendiriyoruz.

Çoğu iğne dizili dokunsal ekran, dokunsal uyarıyı öncelikle nispeten küçük alma alanına sahip olan SAI ve SAII’yi aktive eden lokalize girintiler aracılığıyla sağlıyor. Dolayısıyla, iğne dizileriyle yüksek doğruluklu dokunsal betimleme için ince uzaysal ayrıntıları yakalayabilecek kadar yüksek bir aktör yoğunluğuna ihtiyaç vardır. Ancak ince dokuların algılanması, titreşim gibi dinamik uyarılara yanıt veren FAI ve FAII mekanoreseptörlerini içerir. Bu ayrım, geleneksel iğne dizili ekranların bir sınırlamasını ortaya koyar: biçim ve örüntü betimlemesi için uygunlarsa da ince dokuları aktarmada daha az etkilidirler.

Psikofiziksel araştırmalar, statik ve dinamik dokunsal ipuçlarının birleşimini önceden incelemiştir. Örneğin, Kyung ve Lee (2009), farklı genişlikteki olukların iğne dizili geri bildirim ve vibrotaktile geri bildirim kullanılarak tanınmasını karşılaştırmış ve iki arasında karşılaştırılabilir bir performans bulmuştur. Bulguları, vibrotaktile ipuçlarının, özellikle dokuların ayırt edilmesi görevlerinde, yüksek yoğunluklu iğne dizilerini tamamlayabileceğini ya da bazı durumlarda yerine geçebileceğini düşündürmektedir.

Yakın zamanda Wu ve ark. (2025), parmak ucunda pin dizisi ile vibrotaktile geri bildirimin eşzamanlı sunumunu inceleyen ilk sistemlerden biri olan “Vipins” ekranını geliştirdi. Bulguları, titreşimin Braille benzeri nokta desenleri, testere dişi sırtları ve prizma dizileri gibi kaba dokuların tanınmasını iyileştirdiğini ve daire çizme, çizgi izleme ve düğme basma gibi dinamik taktile desenlerin işlenmesini geliştirdiğini gösterdi. Pin hareketi ile titreşimin birleşmesi, daha sürekli ve gerçekçi bir taktile deneyimi oluşturdu. Ancak sonuçlar aynı zamanda bir ödünleşimi de ortaya koydu: ek titreşim, özellikle Braille benzeri desenlerde, ayrı ayrı yükseltilmiş pinlerin algılanmasını maskeleyebildi. Bu durum, çoklu uyarıcılı taktile ekranların algısal netliğe zarar verilmeden nasıl kullanılabileceğine dair önemli soruları akla getiriyor ve çoklu uyarıcıların eşzamanlı sunumunun taktile algıyı nasıl etkilediğine dair daha kapsamlı araştırmaları teşvik ediyor.

Dokuların işlenmesi çeşitli taktile uyarıcı sunumlarından yararlsa da, Braille okuma gibi uygulamalar algısal belirginliği ve uzaysal olarak dağıtılmış ekran tasarımını önceliklendiriyor (America, 2025; Brown, 2014). Sharma ve ark. (2021), dokunma uyarıcılarının sayısının artırılmasının, özellikle öğeler sıkı şekilde paketlenğinde, algısal doğruluğun aslında azalabileceğini bildirdi; bu gözlem, dokuların işlenmesi için tasarlanmış ekranların tasarım ihtiyaçlarıyla çelişiyor. Ayrıca, bu ekranların yaygın benimseme için yeterli ölçüde maliyet etkin olmasının sağlanması kritik bir zorluk olmaya devam ediyor (Etezad ve ark., 2025; Vidal-Verdú ve Hafez, 2007).

Maliyeti ve karmaşayı azaltmak amacıyla, tek hücreli statik basına dayalı Braille ekranları (Ignat ve ark., 2017; Bettelani ve ark., 2020) ve yanal cilt gerilimi Braille ekranı (Lévesque ve ark., 2005) gibi çeşitli çalışmalar incelenmiştir. Ancak bu basitleştirme, algısal performansı olumsuz etkileyebilir. Russomanno ve ark. (2015), dokunmatik temas ile karşılaştırıldığında, parmak ucu ile Braille deseni arasındaki göreceli hareketin Braille harf tanımasında hata oranlarını belirgin şekilde düşürdüğünü, proprioceptif (kinestetik) ipuçlarının ise hata oranlarını anlamlı biçimde etkilemediğini göstermiştir. Yine de aynı araştırmacılar, harf dizilerinin anlamlı kelimeler oluşturduğu durumlarda proprioception’ın rolünün hâlâ incelenmediğini ve tek harfli görevlerden elde edilen bulguların kelime düzeyinde Braille okumaya genellenemeyeceğini belirtmektedir. Buna karşılık, Bettelani ve ark.’nın (2020) güncel çalışması, tek hücreli yenilenebilir Braille ekranıyla sağlanan kelime tanıma performansının kağıda kabartma tekniğiyle işlenmiş Braille desenleriyle karşılaştırılabilir düzeyde olduğunu ortaya koymuştur.

Bettelani ve ark.’nın (2020) bulguları, tek hücreli yenilenebilir Braille ekranlarının okuma için uygun bir araç olma potansiyeli taşıdığını işaret etmektedir. Ancak bu ekranlarda kullanılan betimleme stratejileri hâlâ yeterince incelenmemiştir. Özellikle karakterler arasındaki geçişler—ekranın desenler arasında kısa süreyle devre dışı kaldığı kademeli güncellemeler ve nokta desenlerinin sürekli biçimde değiştiği şekillendirilmiş (morphed) geçişler—Braille uyaranlarının algısal dikkat çekiciliğini etkileyebilir. Bu yanıtlanmamış sorularla motive edilen araştırmacılar, tek hücreli yenilenebilir Braille ekranında Braille desenlerinin algısal dikkat çekiciliğini ve harfler arasındaki farklı geçiş stratejilerinin etkilerini birlikte incelemiştir.

Bu çeşitli zorlukları ele almak için bu makale, 3×3 dizilim konfigürasyonunda yerleştirilmiş, hava basıncıyla çalışan Pneumatik Hücre Birimi (PUC) aktüatörlerini sunmaktadır. Her PUC aktüatörü hem statik hem de titreşimsel dokunsal hisler verecek şekilde yapılandırılabilir. 4,5 mm çapında ve 4,75 mm kademe (merkezden merkeze uzaklık) sahip olan bu kompakt tasarım, dizilimin bir parmak ucuna rahatça sığmasını sağlar. Bu çalışmanın temel amacı, bu dokunsal gösterimin zengin dokunsal bilgi aktarma potansiyelinin ve yenilenebilir tek hücreli Braille arayüzü olarak uygunluğunun değerlendirilmesidir. Bu amaçla, PUC diziliminin olanaklarını araştırmak için iki psikofizik çalışması yürütüldü.

İlk psikofizik çalışmalarında, çoklu uyaranların dokunsal algıyı nasıl etkilediğini incelemeye odaklandık. Bu kapsamda, statik ve titreşimsel girdileri birleştiren uyaran örüntüleri tasarladık. Uyaranın türü ve sayısı (örneğin statik basınç, titreşimsel veya karışık uyaranlar)ın, düz çizgiler gibi geometrik özelliklerin algısını etkileyip etkilemediğini inceledik. Ayrıca, uyaran karmaşıklığının farklı düzeylerinde örüntülerin algısını araştırdık.

İkinci psikofizik çalışmalarında, dokunsal gösterinin statik uyaran örüntülerini sunmadaki etkinliğini, özellikle aktif aktüatör sayısı ile yer belirleme doğruluğu arasındaki ilişkiyi inceledik. Ayrıca, Braille örüntüleri arasındaki geçişlerin Braille örüntüsü tanıma üzerindeki etkisini değerlendirdik. Özellikle, ardışık Braille harfleri arasında 1 saniyelik kapalı fazı olmayan ve kapalı fazı olmayan geçişleri araştırdık. Son olarak, örüntüler arasındaki aktüatör durumlarındaki değişim sayısının örüntü tanıma performansını etkileyip etkilemediğini araştırdık.

2 Malzemeler ve yöntemler

2.1 Dokunsal gösteri tasarımı

Fingernok ölçeğinde bir PUC aktüatör dizisinin tasarlanması, Kommuri ve ark. (2024)’nın özgün bağımsız PUC aktüatör uygulamasından farklılaşan iki temel zorluk getirdi. İlk olarak, sınırlı parmak ucu alanında dokuz aktüatörü yerleştirmek, aktüatörlerin mekanik özelliklerini değiştiren önemli ölçüde küçültmeyi gerektirdi. İkinci olarak, tek bir kalıpta birden fazla aktüatörü yakınlıkta yerleştirmek, komşu aktüatörler arasında performans bağımlılıklarına yol açabilecek mekanik eşleştirmenin potansiyelini ortaya çıkardı.

Küçültme durumunda, daha küçük aktüatör boyutları artmış rijitliğe yol açtı ve bu da aynı büyüklükte serbest eğilime ulaşmak için daha yüksek çalışma basıncı gerektirdi. Bu davranış, pilot deneylerde tutarlı şekilde gözlemlendi; deneyler, serbest eğilimin aktüatör çapına oranının farklı basınçlarda küçültmeyle azaldığını gösterdi. Artmış rijitliği telafi etmek için her aktüatörün üst katmanına bir bükülme (flexure) tabanlı tasarım (Şekil 1a) dahil edildi. Pilot deneylerdeki gözlemler, bükülme kalınlığının azalmasının serbest eğilimi artırdığını, daha incecik bükülmelerin ise küçük ölçeklerde aktüatör hareketini iyileştirdiğini gösterdi. Ek pilot çalışmalar, bükülme entegre edilmiş, küçültülmüş PUC aktüatörlerin üretilebilirliğini gösterdi. Dizideki aktüatörler arasındaki mekanik eşleştirmeyi ortadan kaldırmak için Şekil 1a’da gösterilen tasarım konfigürasyonunun mekanik eşleştirmeyi en aza indirdiğini tespit ettik. Bu konfigürasyonda her aktüatör tabanda bağlı kalarak tek tek dışarı çıkıyor ve tüm dizinin tek bir kalıpta üretilebilmesini sağlıyor. Bu yaklaşım, istemsiz mekanik eşleştirmeyi en aza indirip aktüatörlerin bağımsız performansını korudu.

ŞEKIL 1

Bu çalışmanın kapsamında, PUC dizisinin boyutları ve yerleşimi parmak ucu alanına sığacak şekilde seçilmiş ve pilot çalışmalarda başarılı şekilde çalıştığı gösterilen bir tasarıma dayandırılmıştır. Aktüatör dizisi, Kommuri ve ark. (2024) tarafından özetlenen kapalı kalıp üretim yöntemiyle üretilmiştir. Aktüatörler, Dragon Skin™ 10 Medium silikon kauçuğu (Smooth-On, Inc., Macungie, PA, Amerika Birleşik Devletleri) kullanılarak üretilmiştir. Her biri 4,5 mm çapında dokuz PUC aktüatör, 3×3 düzeninde ve komşu aktüatörler arasında 0,25 mm’lik düzgün bir boşluk kalayacak şekilde, merkezden merkeze 4,75 mm açıklıkla yerleştirilmiştir. Aktüatör dizisi, 20 mm×20 mm boyutlarında bir destek levha içine gömülmüş ve her aktüatör taban matrisinin yüzeyinden dışarı çıkarmıştır. PUC aktüatör dizisini sabitlemek için ergonomik bir 3B yazıcı ile üretilen montaj platformu (Şekiller 1b,c) kullanılmıştır.

2.2 Çoklu uyaran çalışması

Bu bölüm, katılımcıların dokunsal uyaran örüntülerini nasıl yorumladıklarını incelemek amacıyla tasarlanan psikofiziksel çalışmayı özetlemektedir. Uyaransörüntüleri hem statik ve titreşimsel öğelerin kombinasyonunda hem de her düzümde yer alan uyaran sayısında değişkendir. Bu bölüm, deney tasarımını, test sırasında izlenen protokoli ve katılımcı yanıtlarını değerlendirmek için kullanılan veri analiz yöntemlerini ayrıntılı biçimde açıklamaktadır.

2.2.1 Katılımcılar

Çalışmaya 51 sağlıklı katılımcı (10 kadın, 41 erkek, 15–52 yaş arası) gönüllü olarak katılmıştır. Tüm katılımcılar deneyin amacından habersizdi ve harcadıkları zaman için herhangi bir maddi karşılık almamışlardır. Deneyden önce katılımcılar aydınlatılmış onam formunu imzalamış ve deney göreviyle ilgili yazılı talimatlar almışlardır. Deney için etik onay, Eindhoven Teknoloji Üniversitesi Etik İnceleme Kurulu (ERB2025ME06) tarafından verilmiştir.

2.2.2 Donanım kurulumu

Bu çalışmada, dokuz PUC aktüatörünün tamamı Şekil 2b’de kullanılmış ve deney koşullarına uygun şekilde yapılandırılmıştır. PUC aktüatörleri, Caasenbrood ve ark. (2022) tarafından geliştirilen ve ardından Kommuri ve ark. (2024) tarafından güncellenen Soft Robotic Controller (SRC) kurulumu kullanılarak sürülmüş; bu kurulum tam kapasiteyle çalıştırılmıştır. Bu düzenleme, çalışmada istenen uyaran kalıplarını elde etmek için mevcut donanım kaynaklarının tam olarak kullanılmasını sağlamıştır. Sistem, pneumatik basıncı regulate eden sekiz orantılı basınç kontrol valfi (VEAB-L-26-D13-Q4-V1-1R1, Festo, Esslingen, Almanya) ve aktüatörlere iletilen basıncın frekansını kontrol eden dört yüksek frekanslı valf (MHP2-MS1H-3/2G-M5, Festo, Esslingen, Almanya) içermektedir. Şekiller 2a,b’de gösterilen donanım kurulumu ve yapılandırması, dokuz PUC aktüatörünün etkili biçimde harekete geçirilmesi için tasarlanmıştır. Bu yapılandırmada (Şekil 2b), 5 ve 8 numaralı aktüatörler paralel olarak bağlanmıştır. 1, 2, 3, 5 ve 8 numaralı aktüatörler hem statik basınç hem de titreşimsel dokunsal uyaranlar iletecek şekilde, 4, 6, 7 ve 9 numaralı aktüatörler ise yalnızca statik basınç iletecek şekilde yapılandırılmıştır.

ŞEKİL 2

2.2.3 Deney tasarımı

Deneylem, gerçek dünya koşullarını sunan, çevresel dikkat dağıtıcıların bulunduğu kalabalık bir etkinlik salonunda gerçekleştirildi. Çalışma, dokunsal ekranda 25 farklı desenin sunulmasını içeriyordu (Şekil 3). Bu desenler, aktif PUC sayısındaki, uyarım türündeki (statik basınç veya titreşimsel dokunsal uyarım) ve aktif PUC’ların konumundaki değişkenlerle sistematik olarak tasarlandı. Bu çalışmada statik basınç uyarıları 70 kPa basınç düzeyinde, titreşimsel uyarılar ise aynı basınç düzeyinde 60 Hz frekansta verildi. Sıra etkilerini azaltmak için 25 desenin sunum sırası her katılımcı için rastgele belirlendi. Her desen katılımcı başına bir kez, bir saniyelik süreyle sunuldu. Sunumların ardından katılımcılar, desen algılarını değerlendirmeyi amaçlayan soruları yanıtladı. Deneyin durumu görüntülenmek ve yanıtlar kaydedilmek üzere bir grafik kullanıcı arayüzü kullanıldı. Tüm katılımcılar, uyarım türünün ve desenin doğası hakkında bilgi sahibi değildi.

ŞEKİL 3

2.2.4 Protokol

Katılımcılar, varışta grafik kullanıcı arayüzünü kullanarak yaş ve cinsiyet gibi demografik bilgiler girdi. Bu bilgiler kaydedildikten sonra, her katılımcı deneyi başlatmak için sol işaret parmağını dokunsal ekrana yerleştirdi. Bir uyaran deseni bir saniye boyunca sunuldu, ardından katılımcılar algılamalarını dört seçenekten biri—’Çizgi’, ‘Nokta(lar)’, ‘İkisi de’ veya ‘Hiçbiri’—seçerek kategorize etti. ‘İkisi de’ seçeneği hem bir çizgi hem de nokta(lar) algısını, ‘Hiçbiri’ ise katılımcıların diğer kategorilere uymayan uyaranları bildirmesini sağladı. Seçimlerine göre bir soru soruldu: ‘Çizgi’ seçilirse, katılımcılar dört resimli düğmeden biri (yatay, dikey ya da iki çapraz çizgi) seçerek yönü belirtti. ‘Nokta(lar)’ seçilirse, katılımcıların parmak ucu bölgelerine karşılık gelen dokuz düğmlü bir ızgara kullanarak noktaları konumlandırmaları istendi. ‘İkisi de’ seçen katılımcılar hem yön hem de konumlandırmayı tamamladı. ‘Hiçbiri’ seçilirse takip sorusu sorulmadı. Yanıtı Kaydet düğmesine tıklayarak gönderdikten sonra bir sonruyaran deseni sunuldu. Bu işlem 25 desen için tekrarlandı. Tam bir oturum 5 dakika sürdü.

2.2.5 Analiz

İlk başta 51 katılımcıdan iki katılımcının deneyi tamamlamaması nedeniyle verileri çıkarılmış ve nihayetinde 49 katılımcılık bir örneklem elde edilmiştir. Öncelikle, uyarıcının doğasının (vibrotaktil ile statik basıncın) iki veya üç komşu aktüatörün oluşturduğu doğru çizgi deseninin algılanmasını etkileyip etkilemediğini incelemiştik. Spesifik olarak, her bir desen için ilk soruya verilen ‘Çizgi’ veya ‘İkisi de’ yanıtlarının oranını analiz etmişiz (vibrotaktil desen kimlikleri 1–4 ve statik basınç desen kimlikleri 9–12) (Şekil 3). Her iki grup da aynı dört uzaysal desenden oluşmakta ve yalnızca sunulan taktil uyarıcı türünde farklılık göstermektedir (vibrotaktil ile statik basıncın karşılaştırılması). Her bir katılımcı için tüm desenler boyunca ‘Çizgi’ ve ‘İkisi de’ birleşik yanıtların yüzde oranı hesaplanmıştır. Veriler normallik varsayımını karşılamadığından, bu iki grubu karşılaştırmak ve çizgi algısının uyarıcı türleri arasında anlamlı düzeyde farklılaşıp farklılaşmadığını değerlendirmek için Wilcoxon eşleşik işaretli rank testi uygulanmıştır.

Ayrıca, katılımcıların tek tip uyarıcılara (saf vibrotaktil: Desen Kimlikleri 1 ve 2; saf statik basıncın: Desen Kimlikleri 9 ve 10) karşı, her iki uyarıcı biçimini de birleştiren karışık uyarıcılara verdikleri yanıtları karşılaştırmışız (Desen Kimlikleri 7, 8, 15 ve 16) (Şekil 3). Önceki karşılaştırma benzer biçimde, tek tip uyarıcı grubu ile karışık uyarıcı grubu aynı dört uzaysal desende PUC aktüatör aktivasyonundan oluşmakta ve yalnızca uyarıcı bileşiminde farklılık göstermektedir. Her bir katılımcı için desenler ortalaması alınmış ‘Çizgi’ ve ‘İkisi de’ birleşik yanıtların yüzde oranı hesaplanmıştır. Veriler normallik varsayımını karşılamadığından, tek tip uyarıcı grubunu karışık uyarıcı grubu ile karşılaştırmak ve her birinin çizgi algısı üzerindeki etkilerini değerlendirmek için Wilcoxon eşleşik işaretli rank testi uygulanmıştır.

Ayrıca, uyaran öne çıkarmayı (saliency) araştırmak için, katılımcıların sunulan uyaran sayısını tanıyabildiklerini değerlendirmek amacıyla tüm 25 desen kullanıldı. Analize yalnızca başlangıç kategorileştirme sorusunda “Nokta(nlar)” veya “Her ikisi” seçeneğini işaretleyen katılımcıların yanıtları dahil edildi. Bu katılımcılar için analize, her desen için seçilen buton sayısı kullanıldı. Farklı dokunsal desenlerde öne çıkarmayı incelemek amacıyla 25 desen iki farklı şekilde gruplandırıldı. İlk olarak, aktif aktüatör (PUC) sayısına göre gruplandırıldılar: iki aktif PUC’lu desenler ve üç aktif PUC’lu desenler. İkinci olarak, uyaran türüne göre gruplandırıldılar: (1) yalnızca titreşimsel dokunma, (2) yalnızca statik basınç ve (3) birleşik titreşimsel dokunma ve statik basınç. Her desen için, nitelikli katılımcıların yanıtları bildirilen nokta sayısına göre (0–9) gruplandırıldı. Her desen için her kategorideki yanıt sayısı hesaplandı, ardından bu kategoriler için ortalama ve standart hata hesaplandı.

2.3 Braille desen çalışması

Bu bölüm, yeni deneyimli katılımcıların Braille desenlerini değişken koşullar altında nasıl tanıdıklarını değerlendiren bir psikofizik çalışmasını sunmaktadır. Spesifik olarak, her desendeki uyaran sayısı ile desenler arasındaki geçiş türlerinin etkilerini inceler. Bölüm aynı zamanda katılımcı yanıtlarını yorumlamak için kullanılan deney tasarımı, test protokolü ve veri analiz yöntemlerini de açıklamaktadır.

2.3.1 Katılımcılar

Çalışmaya yirmi sağlıklı katılımcı (7 kadın, 13 erkek, 18–27 yaş arası) gönüllü olarak katıldı. Tüm katılımcılar deneyin amacından habersizdi, Braille desenleriyle tanışıklıkları yoktu ve görme bozuklukları bulunmuyordu. Katılım karşılığında zamanları için maddi bir tazminat aldılar (üniversite öğrencileri için 12 €, diğerleri için 15 €). Deneyden önce katılımcılar aydınlatılmış onam formunu imzaladı ve deney göreviyle ilgili yazılı talimatlar aldı. Deney için etik onay, Eindhoven Teknoloji Üniversitesi’nin I.E.&IS bölümüne ait ERB tarafından verildi (#ARCHIE ID 2134).

2.3.2 Donanım kurulumu

Bu çalışmada, dokuz PUC aktuatöründen altısı kullanılmıştır [konfigürasyon Şekil 2c’de gösterilmiştir]. Altı PUC aktuatörü sürmek için, Caasenbrood ve ark. (2022) tarafından betimlenen yumuşak Robotik Kontrol Ünitesi (SRC) kullanılmıştır. SRC kurulumu, altı PUC’nin pneumatik basıncını ayrı ayrı düzenlemek üzere altı orantılı basınç kontrol valfi (VEAB-L-26-D13-Q4-V1-1R1, Festo, Esslingen, Almanya) ile donatılmıştır. Bu çalışma için statik basınç uyaranları 70 kPa basınçta verilmiştir.

2.3.3 Deneysel tasarım

Braille desen çalışmasının tamamı, dışsal dikkat dağıtıcıları en aza indirmek için kontrollü bir laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Katılımcılar oturum boyunca gürültü engelleyici kulaklıklar (Sony WH-1000XM3 veya WH-1000XM5) kullanmış ve uyaranın uygulandığı parmak, görsel ipuçlarını ortadan kaldırmak için bir kumaş perdenin arkasına yerleştirilmiştir.

Braille desen çalışması iki bölümden oluşmaktaydı; ilk bölüm uyaranın konumlandırma doğruluğunu ele almış ve dokunmatik ekranda sunulan 25 farklı deseni içermiştir. Bu desenler, aktif aktuatör sayısında sistematik olarak değişmekte ve her biri birinden beşe kadar aktif aktuatori temsil etmektedir [Şekil 4a]. Ana denemeler başlamadan önce, her katılımcı 10 alıştırma denemesinden oluşan bir tanıma görevini tamamlamıştır. Katılımcılara tanıma görevi sırasında performansları hakkında herhangi bir geri bildirim verilmemiştir. Bunun ardından, rastgele sırayla sunulan 25 desenlik tam küme üç kez tekrarlanmış ve katılımcı başına toplam 75 deneme ortaya çıkmıştır. Bu denemeler üç bloğa bölünmüş ve her blok arasında 30 saniyelik bir ara verilmiştir.

ŞEKIL 4

Deneyin ikinci bölümü, Braille desenleri arasındaki geçiş stratejisinin desen tanıma üzerindeki etkisini ve aktörlerin desenler arasındaki durum değişim sayısının konumlandırma üzerindeki etkisini değerlendirmeye odaklandı. Söz konusu faktörleri değerlendirmek için 30 uyaran çifti sunduk (Şekil 4b). Bu çiftler, Hollanca dilinde yaygın iki harfli kombinasyonları temsil edecek şekilde seçildi ve hem aktif aktör sayısı hem de harfler arasındaki değişim derecesi açısından dengeli bir dağılım sundu (Şekil 4b). Her çift, iki geçiş yöntemiyle sunuldu: kademeli anahtarlama ve şekillenmiş geçiş. Kademeli anahtarlama koşulunda ilk desen 3 saniye gösterildi, ardından 1 saniyelik bir duraklama yapıldı ve ikinci desen 3 saniye gösterildi. Şekillenmiş geçiş koşulunda ise ekranda desenler arasında sürekli aktivite kaldı. İlk desen 3 saniye sunuldu ve ardından ara duraklama olmadan ikinci desene şekillendirildi.

İinci bölümde olduğu gibi, katılımcılar 10 denemeden oluşan tanıma göreviyle başladılar; 5’i kademeli anahtarlama, 5’i ise şekillenmiş geçiş yöntemiyle kullanıldı. Bu denemelerin sırası rastgele belirlendi. Ana deneyde katılımcılar, her iki geçiş yöntemiyle de sunulan 30 uyaran çiftini kapsayan 60 deneme tamamladılar. Bu denemeler, her biri 20 denemeden oluşan üç bloğa ayrıldı. Her bloğun içinde 20 denemeden 10’u kademeli anahtarlama, 10’u ise şekillenmiş geçiş yöntemiyle gerçekleştirildi. Bloklar arasında 30 saniyelik bir mola verildi. Her bloğun içindeki denemelerin sırası rastgele belirlendi.

2.3.4 Protokol

Katılımcılardan baskın ellerinin işaret parmağını dokunsal ekrana koyarak dokunsal kalıpları keşfetmeleri ve tanımaları istendi. Çalışmanın ilk aşamasında her kalıp 3 saniye süresince sunuldu, ardından katılımcıların algıladıkları kalıbı 2×3 tuş takımıyla (baskın olmayan el ile) işaretlemeleri için 5 saniyelik bir yanıt süresi geldi. Çalışmanın ikinci aşamasında, belirli bir harf çiftindeki her kalıp yine 3 saniye süresince sunuldu. Sunumdan sonra katılımcılardan çiftteki ikinci kalıbı aynı 2×3 tuş takımıyla, yine baskın olmayan el ile almaları istendi. Genel olarak deney, katılımcı başına yaklaşık 60 dakika sürdü.

2.3.5 Analiz

Her katılımcı için veriler, farklı sayıda aktif aktüatörün (ilk kısım) ve aktüatörlerin durum değişim sayısının (ikinci kısım) ortalaması alındı. Her iki kısım için de veriler oransal olarak, yani doğru tanınan aktif aktüatörlerin oranı; ve ikili olarak, yani tekrarlı ölçümlü ANOVA ile kalıbın tamamının doğru olup olmadığı açısından analiz edildi. Düzlük (sphericity) varsayımının ihlal edildiği durumlarda Greenhouse-Geisser düzeltmeleri, post hoc karşılaştırmalar için ise Bonferroni düzeltmeleri uygulandı.

3 Bulgular

3.1 Çoklu uyaran çalışması

Uyarán türünün analizinde, katılımcılar titreşimsel dokunsal kalıpları ortalamaya göre denemelerin %32,7’sinde (SE=3,8) bir çizgi olarak tanımlarken, bu oran statik basınç kalıpları için %21,9’du (SE=3,2) (Şekil 5a). Veriler normallik varsayımını karşılamadığı için Wilcoxon eşleşmiş işaretli sıralama testi kullanıldı ve uyaran türleri arasında anlamlı bir fark ortaya çıktı (V=435, p=0,04).

ŞEKİL 5

Uyarán türünün düzlüğünün analizinde, katılımcılar düzgün uyaranları ortalamaya göre denemelerin %30,6’sında (SE=3,5) bir çizgi olarak algılarken, bu oran karışık uyaranlar için %38,3’tü (SE=3,5) (Şekil 5b). Veriler normallik varsayımını karşılamadığı için Wilcoxon eşleşmiş işaretli sıralama testi kullanıldı ve iki sunum türü arasında anlamlı bir fark bulunamadı (V=415, p=0,09).

İşleticilerin değiştirilen durumlarının sayısını algılama becerilerini analiz etmek için, iki versus üç aktif işletici içeren kalıplara yanıtlar incelenmiştir Şekil 6a. Kalıplar üzerinden ortalamaya alındığında, algılanan aktif işleticilerin en sık bildirilen sayıları bir ve iki olup, iki aktif işleticili kalıplar için ortalamalı frekanslar sırasıyla 17,5 ve 9,6 yanıttır. Üç aktif işleticili kalıplar için ise kalıbı bir aktif işlecik olarak algılama ortalamalı frekansı 13,4, kalıpları iki aktif işlecik olarak algılama frekansı 12,5’tir.

ŞEKİL 6

Uyarıcı türleri arasında belirginliği incelediğimizde, titreşimsel dokunsal, statik basınç ve karışık uyarıcılar Şekil 6b için en sık bildirilen aktif işlecik sayıları bir ve iki olmuştur. Bir uyarıcı için ortalamalı frekanslar 13,2 ile 16,1 arasında, iki uyarıcı için ise 6,9 ile 15,8 arasında değişmiştir.

3.2 Braille Deseni Çalışması

Braille Deseni Çalışması’nın her iki bölümünün sonuçları Şekil 7’de özetlenmiştir. Deneyin ilk bölümünde, aktif işlecik sayısından bağımsız olarak tüm kalıplarda aktif işleciklerin konumlandırılmasında oran temelli doğruluk %91’in üzerindeydi. Tek yönlü tekrarlı ölçümler ANOVA’sı, aktif işlecik sayısına dayalı koşullar arasında anlamlı bir fark olmadığını ortaya koymuştur, F(2,4,46,2)=2,379,p=0,094. Bununla birlikte, ikili doğruluk yanıtlarının analizi, aktif işlecik sayısının anlamlı bir etkisi olduğunu göstermiştir, F(2,0,38,4)=4,673,p=0,015; bu da daha fazla aktif işlecikli kalıpların tam ve doğru biçimde tanımlanmasının daha az olası olduğunu göstermektedir. İkili karşılaştırmalar herhangi bir anlamlı çiftli fark ortaya koymamıştır (tüm p>0,05).

ŞEKİL 7

Deneyin ikinci aşamasında, hem oransal doğruluk hem de tamamen doğru yanıtlar üzerinde 2 (geçiş yöntemi) × 6 (aktatörün durum değiştirme sayısı) faktörlü tekrarlı ölçümlü ANOVA gerçekleştirildi. Her iki ölçüm için de anlamlı ana etkiler veya etkileşim etkileri bulunamadı. Bu bulgular, ne geçiş yönteminin (basamaklı mı yoksa şekil değiştirmeli mi) ne de aktatörlerin durum değiştirme sayısının katılımcıların uyaran çiftindeki ikinci harfi tanıma becerilerini anlamlı düzeyde etkilediğini gösteriyor.

4 Tartışma ve sonuç

Bu çalışma, dokunma duyusuna dayalı bir ekran olarak dokuz Pneumatik Hücre Birimi (PUC) aktatöründen oluşan bir diziden meydana gelen dokunsal bir ekran tanıtmış ve yeteneklerini psikofiziksel deneylerle değerlendirmiştir. Amaç, pneumatik olarak çalışan bir dokunsal dizinin işlevselliğini göstermek ve kullanıcıların statik basınç, titreyen dokunsal uyaranlar ve bunların bileşimlerini dahil ederek farklı dokunsal işaretleri nasıl yorumladıklarını incelemekti. Özellikle çizgi ve nokta temelli desenlerin algısı, uyaranın dikkat çekiciliği ve konumlandırma doğruluğu araştırıldı. Bu bulgular, ekranın sadakatine ve yenilenebilir tek hücreli Braille arayüzü olarak potansiyeline dair içgörüler sunuyor. PUC dizisinin bir dokunsal ekran olarak kullanım alanını değerlendirmek için deneyler hem kontrollü hem de kontrollü olmayan ortamlarda gerçekleştirildi.

Bu makalede sunulan PUC dizisinin, psikofizik çalışmalarla doğrulanan, statik basıncı ve vibrotaktil uyarıları birleştiren dokunsal kalıpları oluşturma yeteneği gösterilmiştir. Bu çalışmalar dizinin oluşturma yeteneğini doğrularak aynı zamanda katılımcıların sunulan uyarı kalıplarını tanıma algısal yeteneklerini de ortaya koymaktadır. Çoklu uyarı sunumu içeren psikofizik çalışmada, 5. Şekilde gösterilen ortalamalar ve standart hatalar, ilk soruya verilen ‘Çizgi’ ve ‘Her İkisi’ yanıtlarının yüzde oranının çoğu kalıp için %50’nin altında kaldığını göstermektedir. Bu, bu çalışmada kullanılan yumuşak aktörler için, çapı 4,5 mm olan komşu aktörler arasında 0,25 mm’lik bir boşluğun, birleşik bir dokunsal uyarı üretmek için yeterli olmadığını işaret etmektedir. Bunun yerine katılımcılar kalıpları çoğunlukla uyarının ayrık noktaları olarak yorumlamıştır.

Kalıpların alt grupları karşılaştırıldığında (5.a Şekil), vibrotaktil uyarılar statik basınca göre biraz daha fazla çizgi olarak algılanmış, ancak ço katılımcı yine kalıpları ayrık noktalar olarak yorumlamıştır. Bu, daha büyük alma alanlarına sahip olan ve vibrotaktil girdiyle aktive olan FAII reseptörlerinin beklenen etkisiyle uyumludur (Vallbo ve Johansson, 1984). Ancak bu etki sınırlı kalmıştır; muhtemelen kullanılan 60 Hz frekansının FAII reseptörlerini aktive etmek için yeterli olmaması, uyarıların sürekli bir algı olarak bütünleşmesini azaltmıştır.

Alt grupların karşılaştırılması, Şekil 5b’de, düzgün uyarıcılarla (statik basınç veya vibrotaktil) işlenen desenlerin, karışık uyarıcılarla işlenenlerle benzer oranlarda çizgi olarak algılandığını göstermiştir; ancak katılımcıların çoğu bunları hâlâ ayrık noktalar olarak deneyimlemiştir. Başlangıçta, farklı mekanoreptörlerden gelen sinyallerin birleşmesi nedeniyle karışık uyarıcı desenlerinin, düzgün uyarıcılara göre daha az çizgi yanıtı vereceğini beklemiştik. Ancak Şekil 5’teki sonuçlar, hangi uyarıcı konfigürasyonunun—düzgün vibrotaktil, düzgün statik basınç, iki statik ve bir vibrotaktil içeren karışık uyarıcılar ya da bir statik ve iki vibrotaktil içeren karışık uyarıcılar—en fazla çizgi yanıtı verdiği konusunda net bir sıralama göstermemektedir. Bu durum, süreklilik gösteren özelliklerin, örneğin çizgilerin, ayrık aktörlerle nasıl etkili biçimde işlenebileceğini anlamak için daha detaylı bir psikofiziksel çalışmaya ihtiyaç olduğunu vurgulamaktadır.

Salidoranlığa bakıldığında, tüm gruplandırmalar katılımcılar desenlerde en sık olarak bir veya iki aktif aktör algıladıklarını bildirmiştir (Şekil 6); bu sayı sunulan aktif aktör sayısından azdır. Bu aşırı rapor etmeme, iki nokta ayırt etme eşiği değerleriyle—Mancini ve ark. (2014) için basınca yaklaşık 2 mm, Oyama ve Ikei (2004) için vibrotaktil uyarıcılara yaklaşık 2,5 mm—çelişmektedir; çünkü bu çalışmada aktörler arası mesafe en az 4,75 mm’dir. Olası açıklamalardan biri, ‘Line’ (Çizgi) yanıtı veren katılımcıların analizden çıkarılmasıdır; çünkü uyarıcıların birleşmesi nedeniyle iki ya da üç aktörü tek süreklilik gösteren bir özellik olarak ya da tek bir aktüasyonu ‘Çizgi’ olarak deneyimlemiş olabilirler. Bu desenler saloran olsa da, yorumları farklıydı ve bu nedenle bu analize dahil edilebilir değildi. Yine de ‘Çizgi’ yanıtlarının çıkarılması, Şekil 6’da gösterilen yanıtların dağılımını yanlı gösterebilirdi. Ayrıca, birden fazla uyarıcı türünün eşzamanlı sunumu, maskeleme etkileri (Yem ve Kajimoto, 2017; Zook ve ark., 2022) ortaya çıkarmış olabilir.

Genel olarak çoklu uyaran çalışması, basit geometrik özelliklerin PUC dizisi kullanılarak işlenebileceğini gösterdi. Ayrıca, dış gürültünün izole edilmediği kontrolsüz bir ortamda bile yalnızca 1 saniyelik uyaran sunumuyla elde edilen dikkat çekiciliği vurguladı.

Çoklu uyaran çalışması, uyaran desenlerinin algısal yorumunu ve dikkat çekiciliğini incelerken, Braille psikofizik çalışması uyaran yerleştirmeye ve geçişlerin desen tanımasına etkisine odaklandı. Yerleştirme sonuçları, etkin çalışan aktüatör sayısının artmasının desenin tamamını tanıma doğruluğunu azalttığını, ancak çoğu etkin PUC’nin yerleştirmesinde önemli bir etkisi olmadığını gösterdi. Oransal ortalama doğruluk %93, ikili doğruluk ise %81 olarak ölçüldü. Bettelani ve ark. (2020) ile karşılaştırıldığında, PUC dizisi Braille desen tanımasında daha düşük ikili doğruluk sağladı; bunun muhtemelen Bettelani ve ark. (2020) çalışmalarındaki katılımcıların zaman sınırlamasına tabi olmaması ve desenleri genişçe keşfedebilmeleriyle ilişkili olduğu düşünülmektedir. Yine de yüksek oransal yerleştirme doğruluğu, kullanıcıların genel olarak çalışan aktüatörlerin yerlerini belirleyebildiğini gösteriyor ve önerilen PUC dizisinin mekânsal dokunsal bilgiyi güvenilir biçimde iletebileceğine işaret ediyor.

Geçiş çalışmasında iki yöntem arasında anlamlı bir fark gözlenmedi; adım adım yöntemde ortalamalı ikili doğruluk yanıtı %83, şekillendirilmiş (morphed) stratejide ise %81 olarak ölçüldü. Bu bulgu, mevcut yapılandırmada geçiş yönteminin Braille desen tanıma açısından önemli bir rol oynamadığını gösteriyor. Yapılan ek inceleme, şekillendirilmiş stratejide eşzamanlı aktüatörlerin durum geçişlerinin etkisini ortaya koydu. Adım yöntemini kullanan katılımcılar ortalamalı %96,8’lik bir doğruluk elde ederken, şekillendirilmiş stratejide bu oran %93,8’di. Ikili doğruluk farkı %92’den %82’ye düştü. İstatistiksel açıdan anlamlı bir bulgu gözlenmese de, bu sonuçlar geçiş yönteminin performansı büyük ölçüde etkilemese de eşzamanlı değişim sayısının Braille deseninde önemli bir rol oynayabileceğini işaret ediyor. Genel olarak gözlemlenen hata oranları (1 – ortalamalı ikili doğruluk), Russomanno ve ark. (2015) tarafından parmak ucu ile ekran arasında göreceli hareket bulunmayan sunumlar için bildirilen oranlarla benzerdi; bu da geçiş yönteminin tek başına göreceli hareketin eksikliğini telafi etmeyebileceğini gösteriyor, ancak bunu kesin olarak doğrulamıyor. Ayrıca, bu çalışmada bildirilen sonuçların, Russomanno ve ark. (2015)’nin katılımcılarının aksine, hiç Braille deneyimi olmayan katılımcılara dayandığı da belirtilmeli.

Ayrıca, geçiş çalışması ilk desenin etkisini yakalamaya duyarlı olmayabilir; sonuçlar, durum değişim sayısı üzerindeki etkisinin istatistiksel olarak yetersiz olduğunu göstermekte ve bu durum katılımcı yanıtlarının ilk sunulan desenden bağımsız olabileceğine işaret edebilir. Bu da katılımcıların ilk sunumu göz ardı etmiş olabilecekleri anlamına gelebilir. Katılımcıların Braille desenleriyle aşina olmadıkları göz önüne alındığında, ilk desene ilişkilendirilen anlam biriktirmemiş olmaları, onu göz ardı etmelerine olanak tanımaktadır. Bu bağlamda, çalışmanın Braille desenleriyle aşık katılımcılarla tekrarlanması veya ilk desenin etkisine yönelik açık araştırmayla yeniden düzenlenmesi uygun olur. Böyle bir araştırma, yenilenebilir Braille gösteriminin potansiyeline katkı sağlayabilir.

Genel olarak, parmak ucu boyutlu PUC dizisi, dokunsal desenleri statik basınç ve titreşimsel dokunma ipuçları kullanarak sunabilme yeteneğini göstermekte ve çizgiler ve noktalar gibi özelliklerin çoklu uyarıcı sunumu ve algısal yorumu üzerine psikofiziksel çalışmalar için bir temel sunmaktadır. Bu bulgular, karmaşık uyarıcıların sunulumundaki zorlukları ortaya koymaktadır. Ayrıca, Braille deneyimi olmayan katılımcılarla yürütülen çalışma, dizinin tek hücrelik yenilenebilir Braille gösterimi olarak potansiyelini de vurgulamakta ve yetkin Braille okuyucuları içeren Braille uygulamaları için gelecekteki araştırmalara yol açmaktadır.

Bu bulgular birlikte, PUC dizisiyle mümkün olan psikofiziksel çalışmaların, sanal ve artırılmış gerçeklikte (VR/AR) daha gerçekçi dokunsal deneyimler sunarak nasıl katkı sağlayabileceğini, gelecekteki dokunsal gösterimlerin ve sezgisel dokunsal sunum stratejilerinin tasarımını yönlendirebileceğini ve daha yaygın ve erişilebilir hale gelebilecek, kompakt, tek hücrelik yenilenebilir Braille gösterimlerinin gelişimini destekleyebileceğini ortaya koymaktadır.

Açıklamalar

Veri erişilebilirliği açıklaması

Bu makalenin sonuçlarını destekleyen ham veriler, authors tarafından makul bir sakınca olmaksızın erişime sunulacaktır.

Ahlak açıklaması

İnsanlar dahil edilen çalışmalar, Eindhoven Teknoloji Üniversitesi İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır. Çalışmalar yerel mevzuat ve kurumsal gerekliliklere uygun olarak yürütülmüştür. Çalışmaya katılıma ilişkin yazılı rıza, katılımcıların yasal velileri/kıyafet yakınları tarafından verilmiştir.

Yazar katkıları

KK: Proje yönetimi, Biçimsel analiz, Veri düzenlemesi, Yöntem, Görselleştirme, Yazılım, Soruşturma, Kavramsal tasarım, İnceleme ve düzenleme, Kaynaklar, Özgün metin. AK: Biçimsel analiz, Veri düzenlemesi, Proje yönetimi, Soruşturma, Kavramsal tasarım, Yöntem, İnceleme ve düzenleme, Gözetim, Doğrulama. IK: Yöntem, Doğrulama, Soruşturma, Görselleştirme, Veri düzenlemesi, İnceleme ve düzenleme, Kavramsal tasarım, Kaynaklar, Gözetim, Biçimsel analiz, Proje yönetimi, Özgün metin, Finansman edinimi.

Finansman

Yazar(lar), bu çalışma ve/veya yayını için finansal destek alınmadığını bildirmiştir.

Tesekkürler

Yazarlar, PUC dizilişi ekranının tasarımı ve pilot testine katkıda bulunan Roan Martijn Brinkhorst ve Pieter van Egdom’un çalışmalarını takdir etmektedir. Yazarlar, psikofizik çalışmadaki katkıları için Daniël Ris, Christian Janssen ve Daniël van der Valk’ın çalışmalarını da takdir etmektedir.

Çıkar çatışması

Yazar(lar), bu çalışmanın, olası bir çıkar çatışması olarak değerlendirilebilecek herhangi bir ticari veya finansal ilişki olmadan yürütüldüğünü bildirmiştir.

Üretken yapay zekâ ifadesi

Yazar(lar), bu metnin hazırlanmasında üretken yapay zekâ kullanıldığını bildirmiştir. Copilot, bu metnin hazırlanmasında kullanılmıştır. Copilot kullanımı yalnızca dil bilgisi denetimleri ve yeniden ifadeyle sınırlıdır; Copilot kullanılarak yeni içerik üretilmemiştir.

Bu makalede şekillerle birlikte sağlanan alternatif metinler (alt text) Frontiers tarafından yapay zekânın desteğiyle oluşturulmuş ve mümkün olduğunca yazarların gözden geçirmesini de içeren makul çabalarla doğruluğunun sağlanmasına çalışılmıştır. Herhangi bir sorunu tespit ederseniz lütfen bizimle iletişime geçin.

Yayıncının notu

Bu makalede ifade edilen tüm iddialar yalnızca yazarlara aittir ve bağlı oldukları kuruluşların, yayıncının, editörlerin veya hakemlerin görüşlerini mutlaka yansıtmaz. Bu makalede değerlendirilebilecek herhangi bir ürün veya üreticisinin yapabileceği herhangi bir iddia, yayıncı tarafından garanti edilmez veya desteklenmez.

• AmericaB. A. N. (2025). Boyut ve braille karakterleri arasındaki boşluklar — North America Braille Authority. Çevrimiçi erişim: https://brailleauthority.org/size-and-spacing-braille-characters. (Erişim tarihi: 17 Eylül 2025)

• BaiH.LiS.ShepherdR. F. (2021). Elastomerik Haptik Cihazlar Sanal ve Artırılmış Gerçeklik İçin. 10.1002/adfm.202009364

• BasdoganC.GiraudF.LevesqueV.ChoiS. (2020). Yüzey haptiklerine bir bakış: dokunma yüzeylerinde dokunsal etkilerin sağlanması. IEEE Trans. Haptics13, 450–470. 10.1109/TOH.2020.2990712

• BettelaniG. C.AvertaG.CatalanoM. G.LeporiniB.BianchiM. (2020). Okunabilir cihazın tasarımı ve geçerliliği: tek hücreli elektromanyetik yenilenebilir braille ekranı. IEEE Trans. Haptics13, 239–245. 10.1109/TOH.2020.2970929

• Bhatnagar T, Higgins A, Marquardt N, Miodownik M, Holloway C. (2023). Analiz of pin array teknolojilerinin dokunsal ekranlar için ürün mimarilerinin. Proc. ACM Human-Computer Interact.7, 135–155. 10.1145/3626468

• Brown J. (2014). Braille book and pamphlets. Available online at: https://www.loc.gov/nls/wp-content/uploads/2019/09/Spec800.11October2014.final_.pdf. (Accessed September 17, 2025)

• Caasenbrood B, Van Beek F E, Chu H K, Kuling I A. (2022). “A desktop-sized platform for real-time control applications of pneumatic soft robots,” in 2022 IEEE 5th International Conference on Soft Robotics, Robosoft 2022 (Piscataway, NJ: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.), 217–223. 10.1109/RoboSoft54090.2022.9762137

• Etezad M, Joshi R, Cibrian F L. (2025). Advancements in refreshable Braille display technology: a comprehensive survey. Displays90, 103133. 10.1016/j.displa.2025.103133

• Frediani G, Carpi F. (2020). Tactile display of softness on fingertip. Sci. Rep. 202010 (10), 1–10. 10.1038/s41598-020-77591-0

• Harnett M, Lacy A K, Yu P, Friesen R F. (2025). Haptic interaction methods for freehand contour generation on a refreshable pin display. J. Comput. Inf. Sci. Eng.25, 031003. 10.1115/1.4067417

• HashemM. S.JooleJ. B.HassanW.JeonS. (2021). Çift hava odası içeren çok modlu eşzamanlı dokunsal geri bildirim üreten yumuşak pnömatik parmak ucu aktüatörü. Appl. Sci.12, 175. 10.3390/APP12010175

• HassanW.KimH.TalhanA.JeonS. (2020). Çok modlu dokunsal geri bildirim sunan pnömatik olarak hareket ettirilen fare. Appl. Sci. Switz.10, 5611. 10.3390/app10165611

• HeL.XuC.XuD.BrillR. (2015). “Pneuhaptic: pnömatik bir kol bantıyla dokunsal ipuçları sunmak,” in ISWC 2015 – 2015 ACM Wearable Bilgisayarlar Uluslararası Sempozyumu Bildirileri (New York, NY: Association for Computing Machinery, Inc), 47–48. 10.1145/2802083.2802091

• IgnatM. C.FaragóP.HinteaS.RomanM. N.VladS. (2017). “FPGA kontrolüyle tek karakter yenilenen braille ekranı,” in IFMBE Proceedings (Cham: Springer), 59, 63–66. 10.1007/978-3-319-52875-5_14

• JohanssonR. S.FlanaganJ. R. (2009). Nesne Manipülasyon Görevlerinde Parmaık Uçlarından Gelen Dokunsal Sinyallerin Kodlanması ve Kullanımı. 10.1038/nrn2621

• KimS. C.KimC. H.YangG. H.YangT. H.HanB. K.KangS. C.et al (2009). “Küçük ve hafif Dokunsal Ekran (SaLT) ve uygulaması,” in Bildiriler – 3. Ortak EuroHaptics Konferansı ve Sanal Ortam ve Teleoperatör Sistemleri için Haptik Arayüzler Sempozyumu, World Haptics 2009, 69–74. 10.1109/WHC.2009.4810820

• King C, Culjat M, Franco M, Bisley J, Dutson E, Grundfest W. (2008). Pneumatik balon dokunsal ekranın robot destekli cerrahide insan algısına dayalı optimizasyonu. IEEE Trans. Biomed. Eng.55, 2593–2600. 10.1109/TBME.2008.2001137

• King C H, France M, Culjat M O, Higa A T, Bisley J W, Dutson E ve ark. (2008). Robotik cerrahide dokunsal geri bildirim için balon aktüatör dizisinin imalatı ve karakterizasyonu. J. Med. Devices, Trans. ASME2, 041006. 10.1115/1.2996593

• Kommuri K D, Van Beek F E, Kuling I A. (2024). Pneumatik hücre birimi aktüatörlerinin imalatı ve karakterizasyonu. Actuators13, 45. 10.3390/act13020045

• Koo I, Jung K, Koo J, Nam J D, Lee Y, Choi H R. (2006). Yumuşak aktüatöre dayalı giyilebilir dokunsal ekran. Proc. – IEEE Int. Conf. Robotics Automation2006, 2220–2225. 10.1109/ROBOT.2006.1642033

• Kyung K U, Lee J Y. (2009). Ubi-Pen: doku ve titreşim-dokunsal ekrana sahip dokunsal arayüz. IEEE Comput. Graph. Appl.29, 56–64. 10.1109/MCG.2009.17

• Leroy E, Shea H. (2023). Tam beden dokunsal geri bildirim için hidrulik olarak güçlendirilen elektrostatik taxeller (HAXEL’ler). Adv. Mater. Technol.8, 2300242. 10.1002/ADMT.202300242

• Lévesque V, Pasquero J, Hayward V, Legault M. (2005). Yanal cilt deformasyonu ile sanal nokta nokta braille noktalarının gösterimi: uygunluk çalışması. ACM Trans. Appl. Percept.2, 132–149. 10.1145/1060581.1060587

• Mancini, F., Bauleo, A., Cole, J. L., Lui, F., Porro, C. A., Haggard, P. ve diğerleri (2014). Ağrı ve dokunma için uzaysal keskinliğin tüm vücuda yayılan haritalanması. Ann. Neurology 75, 917–924. 10.1002/ana.24179

• Moy, G., Wagner, C., Fearing, R. (2000). “Uzak etkileşim için uyumlu dokunsal ekran,” Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings (Cat. No.00CH37065) içinde. 10.1109/ROBOT.2000.845247

• Nunez, C. M., Do, B. H., Low, A. K., Blumenschein, L. H., Yamane, K., Okamura, A. M. (2022). “Yığılmış hava yastığı aktüatör kullanılarak büyük alanlı giyilebilir yumuşak dokunsal cihaz,” IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (Piscataway, NJ: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.), 2022, 591–598. 10.1109/IROS47612.2022.9981919

• Okamoto, S., Nagano, H., Yamada, Y. (2013). Dokuların dokunsal algısının psikofiziksel boyutları. IEEE Trans. Haptics 6, 81–93. 10.1109/ToH.2012.32

• Oyama, H., Ikei, Y. (2004). Vibratory Haptic Display Tasarımı için Dokunsal Duyu Ölçümü, 389–396.

• Phillips, J. R., Johnson, K. O., Hsiao, S. S. (1988). Maymun somatosensoriyel korteksinde uzaysal desen temsili ve dönüşümü. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 85, 1317–1321. 10.1073/pnas.85.4.1317

• Reardon G, Goetz D, Linnander M, Visell Y. (2023). Yüzey dokunsalında dinamik kaynak hareketinin dalga odaklanması yoluyla modellenmesi. IEEE Trans. Haptics16, 602–608. 10.1109/TOH.2023.3274485

• Russomanno A, O’Modhrain S, Gillespie R. B, Rodger M. W. (2015). Yenilenbilir braille göstericilerin yenilenmesi. IEEE Trans. Haptics8, 287–297. 10.1109/TOH.2015.2423492

• Sarakoglou I, Garcia-Hernandez N, Tsagarakis N. G, Caldwell D. G. (2012). Yüksek performanslı dokunsal geri bildirim göstericisi ve teleoperasyona entegrasyonu. IEEE Trans. Haptics5, 252–263. 10.1109/TOH.2012.20

• Sathian K. (1989). Yüzey özelliklerinin dokunsal algılanması. Trends Neurosci.12, 513–519. 10.1016/0166-2236(89)90112-4

• Sharma P. K, Britto A. P, Aggarwal N, Hughes B. (2021). Dokunsal keşif yoluyla kabartılı nokta sayma. IEEE Trans. Haptics14, 143–151. 10.1109/TOH.2020.3018727

• Shen V, Rae-Grant T, Mullenbach J, Harrison C, Schultz C. (2023). “Fluid reality: electroosmotic pompa dizileri kullanarak yüksek çözünürlüklü, kablosu olmayan dokunsal eldivenler,” in UIST 2023 – Proceedings of the 36th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (New York, NY: Association for Computing Machinery). 10.1145/3586183.3606771

• Shimojo M., Shinohara M., Fukui Y. (1997). Human shape recognition performance for 3D tactile display. Proc. IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern. 4, 3192–3197. 10.1109/ICSMC.1997.633090

• Shultz C., Mullenbach J., Harrison C. (2023). Flat panel haptics: embedded electroosmotic pumps for scalable shape displays. In Symp. Digest of Tech. Papers, Digest of Technical Papers – SID International Symposium (New York, NY: Association for Computing Machinery) 55, 1352–1354. 10.1145/3544548.3581547

• Sonar H. A., Gerratt A. P., Lacour S. P., Paik J. (2020). Closed-loop haptic feedback control using a self-sensing soft pneumatic actuator skin. Soft Robot. 7, 22–29. 10.1089/soro.2019.0013

• Talhan A., Kim H., Jeon S. (2019). “Wearable soft pneumatic ring with multi-mode controlling for rich haptic effects,” in ACM SIGGRAPH 2019 Posters, SIGGRAPH 2019 (New York, NY: Association for Computing Machinery, Inc). 10.1145/3306214.3338613

• Talhan A., Kim H., Jeon S. (2020). Tactile ring: multi-mode finger-worn soft actuator for rich haptic feedback. IEEE Access 8, 957–966. 10.1109/ACCESS.2019.2961430

• Talhan A., Kumar S., Kim H., Hassan W., Jeon S. (2022). Multi-mode soft haptic thimble for haptic augmented reality based application of texture overlaying. Displays 74, 102272. 10.1016/j.displa.2022.102272

• UjitokoY.TaniguchiT.SakuraiS.HirotaK. (2020). Development of finger-mounted high-density pin-array haptic display. IEEE Access8, 145107–145114. 10.1109/ACCESS.2020.3015058

• VallboA. B.JohanssonR. S. (1984). Properties of cutaneous mechanoreceptors in the human hand related to touch sensation. Hum. Neurobiol.3 (1), 3–14.

• Vidal-VerdúF.HafezM. (2007). Graphical tactile displays for visually-impaired people. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabilitation Eng.15, 119–130. 10.1109/TNSRE.2007.891375

• WagnerC. R.LedermanS. J.HoweR. D. (2002). “A tactile shape display using RC servomotors,” in Proceedings – 10th Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, HAPTICS 2002 (Piscataway, NJ: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.), 354–355. 10.1109/HAPTIC.2002.998981

• WuW.CulbertsonH. (2019). “Wearable haptic pneumatic device for creating the illusion of lateral motion on the arm,” in 2019 IEEE World Haptics Conference, WHC 2019 (Piscataway, NJ: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.), 193–198. 10.1109/WHC.2019.8816170

• WuQ.LiJ.SeifiH.HornbækK. (2025). Vipins: combining a pin array and vibrotactile actuators to render complex shapes and textures. Int. J. Human-Computer Stud.197, 103464. 10.1016/J.IJHCS.2025.103464

• YemV.KajimotoH. (2017). “Masking of electrical vibration sensation using mechanical vibration for presentation of pressure sensation,” in 2017 IEEE World Haptics Conference, WHC 2017 (Piscataway, NJ: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.), 501–506. 10.1109/WHC.2017.7989952

• ZookZ. A.FleckJ. J.O’MalleyM. K. (2022). Effect of tactile masking on multi-sensory haptic perception. IEEE Trans. Haptics15, 212–221. 10.1109/TOH.2021.3112509

Özet

Anhtar kelimeler

Braille ekran aktüatörü, çoklu uyarı tetikleme, pnömatik aktüatör dizisi, tetikleme, yumuşak aktüatörler, dokunsal ekran

Başvuru

Kommuri KD, Kappers AML ve Kuling IA (2026) Pneumatic unit cell arrays for tactile displays. Front. Robot. AI 13:1930932. doi: 10.3389/frobt.2026.1930932

Müracaat tarihi

07 Temmuz 2026

Güncelleme tarihi

15 Eylül 2026

Kabul tarihi

28 Eylül 2026

Yayınlanma tarihi

09 Kasım 2026

Cilt

13 – 2026

Kyle Yoshida, University of California, Los Angeles, United States

Aishwari Talhan, Research Foundation for the State University of New York, United States

Vippalapalli Vikas, G Narayanamma Institute of Technology and Science for Women, India

© 2026 Kommuri, Kappers ve Kuling.

Bu, Creative Commons Attribution Lisansı (CC BY) koşulları altında dağıtılan açık erişimli bir makaledir. Kabul edilen akademik uygulama doğrultusunda, özgün yazar(lar)ın ve telif hakkı sahib(ler)inin belirtilmesi ve bu dergideki özgün yayının atıf edilmesi şartıyla, diğer platformlarda kullanım, dağıtım veya çoğaltma mümkündür. Bu koşullara uymayan herhangi bir kullanım, dağıtım veya çoğaltma izin verilmez.

*İletişim: Irene A. Kuling, i.a.kuling@tue.nl

†

ORCID: Krishna Dheeraj Kommuri, orcid.org/0009-0005-9934-1781; Astrid M. L. Kappers, orcid.org/0000-0003-4101-7717; Irene A. Kuling, orcid.org/0000-0003-3556-0393

Bu makalede ifade edilen tüm iddialar yalnızca yazarlara aittir ve bağlı oldukları kuruluşların, yayıncının, editörlerin veya hakemlerin görüşlerini zorunlu olarak yansıtmaz. Bu makalede değerlendirilebilecek herhangi bir ürün veya üreticisinin yapabileceği herhangi bir iddia, yayıncı tarafından garanti edilmez veya desteklenmez.