Haptistylus: A novel stylus capable of displaying flow and rotation effects

Abstract

Kalem ile kontrol edilebilen tablet ve mobil aygıtların ortaya çıkması ile birlikte, dijital kalem kullanılan ara-yüzler ve insan ile olan etkileşimi artarak önem kazanmaktadır. Ancak, mevcut dijital kalemler pasif aygıtlar olup yalnızca yazma ve seçme gibi aksiyomlar için kullanılmaktadır. Bu araştırmada, kullanıcılara titreşim ve eylemsizlik prensibi kullanılarak dokunsal geri bildirimler verebilen yeni bir dijital kalem sunulmaktadır. Tasarlamış olduğumuz bu dijital kalem, uçlara yakın olarak yerleştirilmiş iki adet titreşim motoru sayesinde kalemin uzun ekseninde aşağı ve yukarı yönde akma efekti oluşturabilmektedir. Ayrıca, gövdeye entegre edilmiş olan DC motor sayesinde kalemin uzun ekseni etrafında her iki yöne dönme efekti oluşturabilmektedir. Önerilen dokunsal hisler, iki ayrı psiko-fizik deneyi ile test edilmiş ve denekler belirlenmiş olan parametrelerde yüksek başarı oranları ile verilen hisleri algılamışlardır. Bir başka psiko-fizik deneyinin sonuçları ile DC motorun çalıştırılma şeklinin dönme hissinin algılanması üzerinde etkisi olduğunu gösterilmiştir. Son olarak, tasarlamış olduğumuz dijital kalem, kullanıcının görsel ve dokunsal algılar ile etkileşim halinde olduğu kalem bazlı bir oyunda test edilmiş ve deneyin sonuçları da verilen dokunsal his duyusunun kullanıcılar tarafından etkin bir şekilde algılandığını göstermektedir.

With the emergence of pen-enabled tablets and mobile devices, stylus-based interaction has been receiving increasing attention. Unfortunately, styluses available in the market are all passive instruments that are primarily used for writing and pointing. In this research, we describe a novel stylus capable of displaying certain vibro-tactile and inertial haptic effects to the user. Our stylus is equipped with two vibration actuators at the ends, which are used to create a sensation of up and down flow along the stylus. The stylus is also embedded with a DC motor, which is used to create a sense of bidirectional rotation about the long axis of the pen. Through two psychophysical experiments, we show that, when driven with carefully selected timing and actuation patterns, our haptic stylus can convey flow and rotation information with high accuracy. Results from a further psychophysical experiment provide insight on how the shape of the actuation patterns effects the perception of rotation. Finally, experimental and subjective results from our interactive pen-based game show that our haptic stylus is effective in practical settings.