Vibrotactile Stimuli Parameters on Detection Reaction Times

Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.Signaling system designers are leveraging the tactile modality to create alarms, alerts, and warnings. The purpose of this research was to map detection reaction times (RT) toward tactile stimuli with various parameter manipulations. We employed a 3 (wave form) × 3 (inter-pulse interval) × 3 (envelope) within subjects design. The dependent measure was detection RT. Twenty participants (15 female) responded to 270 tactile stimuli. ANOVAs indicated three two-way interactions. Generally, shorter inter-pulse intervals led to quicker RT and the fade-in envelope led to longer RT, when compared to envelopes starting at the maximum amplitude. Square and sinusoidal waves tended to prompt quicker RT than the noise wave. The strength of these relationships, however, depended upon the presence of the other parameters. Designers can use the results of this study to effectively and appropriately assign tactile parameter manipulations to signals that require varied levels of response urgencies

Development and evaluation of the concept of multimodal action-specific warnings by the example of warning glove and warning cuff as means of user support during maintenance work in industrial applications

Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung und Evaluation des Konzepts der multimodal-handlungsspezifischen Warnungen am Beispiel von Warnhandschuh und Warnmanschette zur Nutzerunterstützung bei Wartungsvorgängen im industriellen Kontext. Diese Arbeitsprozesse gelten als besonders anfällig für fertigkeits- und regelbasierte Fehler, bei denen das korrekte Wissen lediglich schnell und zielgerichtet aktiviert werden müsste. Konventionelle Warnsysteme, die direkt in die jeweilige Maschine integriert sind, scheinen genau in diesem Punkt ein Defizit in der Fehlervermeidung aufzuweisen. Als Lösungsansatz wird in dieser Arbeit das auf Basis von menschlicher Wahrnehmung und Informationsverarbeitung sowie Handlungsbeeinflussung und Fehlervermeidung abgeleitete Konzept der multimodal-handlungsspezifischen Warnungen vorgestellt. Hierbei werden zwei kritische Aspekte konventioneller Warnsysteme adressiert: Einerseits wird die Einbeziehung der taktilen Modalität als zusätzliche Komponente von Multimodalität neben den visuellen und akustischen Modalitäten empfohlen. Andererseits wird die Herstellung einer räumlichen Nähe zwischen Fehlhandlung und Ort der Warnung angeregt, wodurch die bei konventionellen Warnsystemen ebenfalls fehlende Handlungsspezifität erzeugt werden kann. In Anlehnung an die neue Technologierichtung der wearables wurde das Konzept zunächst prototypisch als Warnhandschuh umgesetzt und dann mittels dreier Nutzerstudien zur Warnmanschette weiterentwickelt. Beide Systeme können jeweils visuelle, akustische und/oder taktile Warnungen abgeben. In Studie I mit 42 Personen wurde der Warnhandschuh zuerst gegen ein konventionelles Warnsystem getestet. In einem simulierten „Spindelwechsel“ zeigten sich beim Warnhandschuh schnellere Reaktionen und eine potentielle Eignung als Unterstützung für industrielle Wartungsarbeiten. In Studie II wurden in Paarbefragungen mit 10 Personen konkrete Änderungen an Material und Design des Prototyps exploriert. In Studie III mit 18 Personen wurde die neu entwickelte Warnmanschette gegen den Warnhandschuh erneut in einem simulierten „Spindelwechsel“ getestet. Bei der Manschette zeigten sich ein verbessertes Nutzererleben und die mögliche Eignung als multimodal-handlungsspezifisches Warnsystem. Zusammenfassend weisen die drei Studien darauf hin, dass das Konzept der multimodal-handlungsspezifischen Warnungen und dessen prototypische Umsetzung in Form von Warnhandschuh und Warnmanschette als Nutzerunterstützung für Wartungsarbeiten im industriellen Kontext potentiell geeignet sein könnte, um die geschilderten Probleme konventioneller Warnsysteme zu reduzieren.This doctoral thesis is about the development and evaluation of the concept of multimodal action-specific warnings by the example of warning glove and warning cuff as means of user support during maintenance work in industrial applications. Maintenance processes are classified as especially vulnerable to skill-based as well as rule-based errors. In those cases, the correct knowledge needs to be activated quickly and purposefully. Herein, conventional warning systems, which are directly integrated in a machine, show a deficit regarding error prevention. This thesis proposes the concept of multimodal action-specific warnings, which are based on theory and research about human perception and information processing as well as behavioral modification and error prevention. Two critical aspects of conventional warning systems are addressed: First, it is suggested to integrate the tactile modality as additional component of multimodality beside visual and auditory modalities. Second, it is recommended to establish a close spatial proximity between the human error and the location of a warning in order to create action-specifity which lacks in conventional warning systems. Following the new technology of wearables, the concept was first prototypically implemented in a warning glove and then refined to a warning cuff with the help of three user studies. Both systems are able to provide visual, auditory and/or tactile warnings. Study I, conducted with 42 participants, tested the warning glove against a conventional warning system. Using a simulated spindle exchange task, quicker reactions and a potential appropriateness for industrial maintenance work were demonstrated for the warning glove. Study II served to explore possible modifications regarding material and design of the prototype. To this end, joint interviews with 10 participants were conducted. Study III, conducted with 18 participants, tested the newly developed warning cuff against the warning glove using the simulated spindle exchange task. The warning cuff turned out to provide a better user experience and to be appropriate as multimodal action-specific warning system. Altogether, the three user studies indicate that the concept of multimodal action-specific warnings and its prototypical implementations as warning glove and warning cuff might be appropriate means of user support during maintenance work in industrial applications in order to reduce the deficits of conventional warning systems

Vom Fahrer zum Reiter? Zwischenbericht 2005 auf dem Weg von der H-Metapher zum H-Mode für Bodenfahrzeuge

Mit zunehmenden technischen Möglichkeiten wie Assistenz und Automation wird die angemessene Berücksichtigung des Menschen als Fahrer und seiner Interaktion mit dem Fahrzeug immer wichtiger. Bleibt der Mensch überhaupt Fahrer oder wird sich seine Rolle im 21. Jahrhundert drastisch verändern? Wie stark können wir, wie stark wollen wir automatisieren? Gibt es neben Assistenz und Vollautomation weitere oder verfeinerte Rollen, welche die Automation in zukünftigen Fahrzeugen spielen kann? Rollenverteilungen können manchmal mit Design- oder Interaktionsmetaphern beschrieben werden. Prominentes Beispiel aus dem Computerbereich ist die Desktop-Metapher, die einen Schreibtisch als natürliches Vorbild für die Bedienoberfläche eines Personal Computers nimmt. Beeinflusst durch z.B. [1], [2], [3], [4], beschreibt [5] eine mögliche Designmetapher für automatisierte Fahrzeuge und ihre Benutzer, die auf dem biologischen Vorbild der Equidae basiert. Diese H(orse)-Metapher kann in Richtung Automation und Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation, im vorliegenden Ansatz vor allem in Richtung Fahrer-Fahrzeug Interaktion ausgebaut werden, wobei unter dem Arbeitstitel H-Mode eine biologisch inspirierte und haptisch geprägte Interaktionssprache entsteht. Die H-Metapher wird von NASA Richtung Flächenflugzeuge sowie von DLR-IFS Richtung Kraftfahrzeuge ausgebaut. (Weiterer Hintergrund in [5], das unter den Suchbegriffen NASA und H-Metaphor auch im Internet verfügbar ist). Der vorliegende Artikel dokumentiert nun, aufbauend auf den Aktivitäten bei NASA Langley [8], die ersten tastenden Schritte des DLR-IFS im Jahr 2005 (Exploration 05-1). Nach dem Aufbau des Teams und der Infrastruktur war das Ziel hier eine erste Anwendung der Werkzeuge, eine Einschätzung der Erwartungshaltung und Akzeptanz der Metapher, sowie ein erstes erwartungsbasiertes Design für fundamentale Fahraufgaben wie Losfahren und Anhalten