Projekty krajowe

Celem projektu był rozwój oraz badania właściwości ultradźwiękowej techniki haptycznej pod kątem oceny powodowanych przez nią zagrożeń akustycznych oraz możliwości jej zastosowania w środowisku pracy ze szczególnym uwzględnieniem potrzeb osób niepełnosprawnych. Ultradźwiękowa technika haptyczna to nowo powstała technika umożliwiająca generowanie w powietrzu, przy wykorzystaniu skupionych ultradźwięków niewidocznych, wirtualnych obiektów, które mogą być wyczuwalne zmysłem dotyku.

W ramach 1. etapu projektu na potrzeby zaplanowanych badań zakupiono dostępne na rynku przetworniki haptyczne STRATOS Explore i STRATOS Inspire. Korzystając z tych przetworników, przeprowadzono badania wrażeń dotykowych powstających podczas korzystania z ultradźwiękowej techniki haptycznej pod względem oceny możliwości zastosowania tej techniki w środowisku pracy. Przeprowadzono również badania hałasu ultradźwiękowego emitowanego przez przetwornik haptyczny oraz ocenę narażenia na ten hałas użytkowników przetwornika. Zmierzone w trakcie badań przy uchu osoby korzystającej z przetwornika haptycznego wartości równoważnego poziomu ciśnienia akustycznego w tercjowym paśmie częstotliwości o częstotliwości środkowej 40 kHz zawierały się w przedziale od 98,3 do 131 dB, przy czym zdecydowana większość wyników pomiarów przekraczała wartość 110 dB.

W 2. etapie realizacji projektu przeprowadzono dodatkowe badania hałasu ultradźwiękowego emitowanego przez przetworniki haptyczne. Badania z wykorzystaniem przetwornika STRATOS Inspire przeprowadzono w wybranych punktach półsfery o promieniu 0,5 m, skupiając się głównie na kierunku przednim przetwornika (kierunku, w którym powinien znajdować się użytkownik przetwornika). Wyniki pomiarów (rysunek poniżej) dla różnych obiektów dotykowych wskazały, że niemal we wszystkich punktach pomiarowych wartość równoważnego poziomu ciśnienia akustycznego w paśmie tercjowym o częstotliwości środkowej 40 kHz przekraczała 110 dB. W kilku punktach pomiarowych, a w szczególności w punkcie bezpośrednio nad generowanym obiektem poziom ciśnienia akustycznego przekraczał 130 dB. Wyniki badań wskazują, że długotrwałe lub niewłaściwe korzystanie z ultradźwiękowego przetwornika haptycznego (tzn. z głową zbyt blisko przetwornika) może prowadzić do przekroczenia wartości dopuszczalnych hałasu ultradźwiękowego w środowisku pracy.

Projekt II.PB.13. Wyniki badań emisji hałasu ultradźwiękowego ‒ a) i widok stanowiska pomiarowego podczas badań hałasu ultradźwiękowego i osłony skośnej ograniczającej ten hałas ‒ b)

W ramach 2. etapu projektu przedstawiono również propozycję możliwych konstrukcji osłon częściowych, ograniczających narażenia na hałas ultradźwiękowy: prostej, skośnej i sześciennej. Wykonano zaproponowane konstrukcje osłon, następnie przeprowadzono badania hałasu ultradźwiękowego i jednocześnie badania skuteczności osłon z wykorzystaniem manekina pomiarowego. Wyniki badań dotyczące narażenia na hałas ultradźwiękowy były zbieżne z badaniami uzyskanymi w 1. etapie projektu. Wykazano również, że jedynie osłona skośna przy odpowiednim umieszczeniu umożliwia znaczące (do 15 dB) zredukowanie hałasu ultradźwiękowego docierającego do użytkownika przetwornika haptycznego.

Badania służące ocenie możliwości zastosowania ultradźwiękowych przetworników haptycznych (w szczególności w środowisku pracy) na potrzeby osób z niepełnosprawnościami przeprowadzono z udziałem 17 osób z niepełnosprawnością wzroku oraz 3 osób z niepełnosprawnością kończyn górnych. W badaniach tych sprawdzano możliwości wyczuwania i rozpoznawania obiektów dotykowych o wybranych parametrach, możliwość manipulowania obiektami dotykowymi, a także zbierano opinie osób badanych zarówno na temat techniki haptycznej, jak i możliwości zastosowania jej w środowisku życia i pracy. Wyniki badań wykazały, że rozpoznanie nawet prostego kształtu generowanego obiektu (punkt, koło, kwadrat) na podstawie wrażenia dotykowego wywoływanego przez ultradźwiękową technikę haptyczną jest zadaniem trudnym. Osoby badane lepiej radziły sobie z manipulowaniem obiektami haptycznymi w postaci przycisku lub suwaka, stanowiącymi najprostsze elementy, jakie można zastosować do sterowania maszyną czy urządzeniem. W przekazanych opiniach na temat ultradźwiękowej techniki haptycznej badani wskazywali na małą precyzję odwzorowania obiektu, ich rozmyte krawędzie, co może stanowić istotną przeszkodę dla zastosowań praktycznych. Osoby z niepełnosprawnością wzroku zwracały uwagę na to, że dla nich głównym problemem związanym z wykorzystaniem tej techniki w praktyce może być odnajdywanie (lokalizacja) przetwornika haptycznego i generowanego obiektu dotykowego danej przestrzeni. Z przekazanych opinii wynika, że przy obecnym stanie ultradźwiękowej techniki haptycznej może ona znaleźć zastosowanie w środowisku pracy do tworzenia układów informacyjnych (np. informujących o rodzaju/przeznaczeniu pomieszczenia, obecności jakiegoś elementu środowiska pracy itp.) lub prostych, pojedynczych elementów sterujących w postaci przycisków lub suwaków, służących np. do przywołania windy. Zastosowania wskazywane przez osoby niepełnosprawne obejmowały przede wszystkim edukację, terapię i rehabilitację (osoby niepełnosprawne ruchowo), elementy ostrzegające i ograniczające, rozrywkę i rekreację.

W oparciu o wyniki realizacji projektu opracowano materiały informacyjne na temat ultradźwiękowej techniki haptycznej (zamieszczone na stronie internetowej CIOP-PIB), jak również zalecenia dotyczące możliwości zastosowania ultradźwiękowych przetworników haptycznych i unikania związanych z nimi zagrożeń (zamieszczone na stronie internetowej CIOP-PIB).

Wyniki przedstawiono w 1 publikacji naukowej oraz zaprezentowano na 4 konferencjach krajowych, 3 seminariach i szkoleniach krajowych i 1 konferencji międzynarodowej.

Jednostka: Zakład Zagrożeń Wibroakustycznych

Okres realizacji: 01.01.2020 – 31.12.2022