WO2019022644A2 - Устройство и способ имитации и передачи контактных экстероцептивных ощущений - Google Patents

Устройство и способ имитации и передачи контактных экстероцептивных ощущений Download PDF

Info

Publication number
WO2019022644A2
WO2019022644A2 PCT/RU2018/000499 RU2018000499W WO2019022644A2 WO 2019022644 A2 WO2019022644 A2 WO 2019022644A2 RU 2018000499 W RU2018000499 W RU 2018000499W WO 2019022644 A2 WO2019022644 A2 WO 2019022644A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tactile
sensations
mechanoreceptors
pacini
stimulation
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000499
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2019022644A3 (ru
Inventor
Фёдор Валентинович БЕЛОМОЕВ
Original Assignee
Фёдор Валентинович БЕЛОМОЕВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фёдор Валентинович БЕЛОМОЕВ filed Critical Фёдор Валентинович БЕЛОМОЕВ
Priority to JP2020504197A priority Critical patent/JP2020528628A/ja
Priority to EP18838413.5A priority patent/EP3663894A4/en
Priority to US16/650,358 priority patent/US20200356169A1/en
Priority to CA3073401A priority patent/CA3073401A1/en
Priority to CN201880062481.5A priority patent/CN111164541A/zh
Publication of WO2019022644A2 publication Critical patent/WO2019022644A2/ru
Publication of WO2019022644A3 publication Critical patent/WO2019022644A3/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D19/00—Gloves
    • A41D19/0024—Gloves with accessories
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/20—Input arrangements for video game devices
    • A63F13/21—Input arrangements for video game devices characterised by their sensors, purposes or types
    • A63F13/212—Input arrangements for video game devices characterised by their sensors, purposes or types using sensors worn by the player, e.g. for measuring heart beat or leg activity
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/20—Input arrangements for video game devices
    • A63F13/24—Constructional details thereof, e.g. game controllers with detachable joystick handles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/25—Output arrangements for video game devices
    • A63F13/28—Output arrangements for video game devices responding to control signals received from the game device for affecting ambient conditions, e.g. for vibrating players' seats, activating scent dispensers or affecting temperature or light
    • A63F13/285—Generating tactile feedback signals via the game input device, e.g. force feedback
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/014—Hand-worn input/output arrangements, e.g. data gloves
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B6/00—Tactile signalling systems, e.g. personal calling systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A61M2021/0005—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus
    • A61M2021/0022—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus by the tactile sense, e.g. vibrations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A61M2021/0005—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus
    • A61M2021/0066—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus with heating or cooling

Definitions

  • the present invention relates to information technology and can be used to simulate contact exteroceptive, tactile sensations arising from the stimulation of certain receptors located on the surface of the body, using computers, mobile phones, electronic devices.
  • the present invention is a device in the form of a glove with vibration, tangential, motor, heating and cooling elements located on it, used to stimulate receptors to simulate contact exteroceptive sensations.
  • U.S. Patent No. 6,677,932 describes a system and method for recognizing blind typing and creating tactile user feedback. This device provides tactile feedback to simulate pressing a mechanical button. The aim of the present invention is to obtain tactile feedback when typing blindly on a keyboard in order to prevent a finger from mistakenly hitting a button, only a touch on the button and only a sound or vibrating signal is simulated.
  • This vibratory system includes a vibrator capable of converting an electrical signal. into vibration.
  • the vibrator is located on or near the human body on the pectoral muscle and at a distance from the sternum.
  • the vibrator is located on or near the human body in such a way that vibrations are generated on the surface of the body.
  • the described device does not imitate the transmission of tactile sensations, since it transmits only vibrational sensations in the chest area or near it.
  • the aim of the present invention is to provide a compact, easy to manufacture and use device simulate various tactile sensations, as well as a way to simulate various tactile sensations using the specified device.
  • This goal was achieved by creating a device in the form of a glove, which uses a method of tactile influence on receptive fields to simulate tactile sensations.
  • the proposed device is simple and convenient to use, and allows the perception of simulated reality in a portable and mobile mode.
  • the device according to the present invention includes:
  • One of the embodiments of the present invention is a device in the form of a glove to simulate the contact exteroceptive sensations on the skin, in this case the fingers and palm of the hand, through stimulants placed in it, which are synchronized between themselves and transmit mechanical, dynamic and thermal effects, namely effects of vibration, compression, expansion, displacement, pressure, heating and cooling.
  • the present invention can be used as an addition to visualizing an object, event, or transmitted sensations to create the most perceptual image.
  • the device according to the present invention contains tactile stimulators used for the formation of tactile sensations, located on the fingertips and on the palm.
  • the device according to the present invention contains vibration stimulators used to simulate the sensations of vibration, located on the inner side of the phalanges of the fingers, as well as on the inner side of the hand.
  • the device according to the present invention contains thermal stimulants used for
  • the device according to the present invention comprises a fixing element on the wrist.
  • the imitation, reception and reception of contact exteroceptive sensations is carried out using the device described above. Transmitted sensations
  • FIG. 1 shows one of the embodiments of the device according to the present invention in the form of a glove, where the letter “B” on the inside of the palm of the glove shows receptive zones.
  • FIG. 2 on the inner side of the palm, the most effective zones of receptive influence on the receptive field are marked, where the maximum accumulation of all stimulated tactile mechanoreceptors is present.
  • FIG. 3 on the inner side of the palm, zones of maximum accumulation of tactile mechanoreceptors, called Meissner bodies, are highlighted.
  • FIG. 4 on the inner side of the palm, zones of maximum accumulation of tactile mechanoreceptors, referred to as Pacini bodies, are highlighted.
  • FIG. 5 on the inner side of the palm, zones of maximum accumulation of tactile mechanoceptors of axons of Merkel cells are highlighted.
  • FIG. 6 on the inner side of the palm, zones of maximum accumulation of tactile mechanoreceptors, called Ruffini and Krause bodies, are highlighted.
  • FIG. 7 shows the placement of elements of the impact on the receptive field in the tip of the index finger.
  • sensations means sensations that are brought to mind through information from the outside world.
  • Preferred exteroceptive sensations generated using the device according to the present invention are contact exteroceptive sensations, namely tactile and temperature sensations.
  • a tactile method of receiving information is used to create contact exteroceptive sensations. Sensations are imitated by affecting the receptive field by various external stimulants.
  • a device in the form of a glove is provided (see FIG. 1), where stimulators are present on the inner side of the phalanges of the fingers of the hand and on the inner side of the palm of the hand, affecting the receptive field.
  • the effects of stimulants are directed to tactile mechanoreceptors that perceive phenomena such as touch, pressure, skin stretching and temperature changes.
  • the elements in this receptive field that are affected are the free nerve endings with the lost myelin sheath and neurol, the tactile mechano-receptors of Meissner, Pacini, Ruffini, Krause, and axons of Merkel cells.
  • Meissner bodies respond to the touch, which lie just below the epidermis and consist of one convoluted nerve end, enclosed in a capsule filled with liquid.
  • Pacini bodies consisting of the end of one neuron surrounded by connective tissue plates. These receptors respond to pressure. It is also indicated that there are two types of receptors in the dermis, which are considered
  • the tactile mechanoreceptors are the zones of maximum accumulation which are marked in FIG. 3, which simulates a weak direct touch due to the superficial location of the bodies in the epidermis.
  • tactile mechanoreceptors Pacini bodies are affected, the zones of maximum accumulation of which are marked in FIG. 4, which simulates a strong direct touch.
  • the Pacini body makes it possible to simulate the surface texture by briefly changing the frequency of exposure, thus simulating a smooth or rough surface.
  • the Peltier element when used, it is possible to change the temperature of the impact zone in the range from plus 40 to minus 5 degrees, which can be adjusted while maintaining contact of the skin surface in the impact zone by changing the direction and intensity of the electric current.
  • the tactile mechanoreceptors By exerting mechanical pressure in the zone of the receptive field, for example, by means of primitive mechanical elements and methods, the tactile mechanoreceptors — the Pacini body, which are also receptors that react to pressure, act on the surface and imitate the effect.
  • the control of stimulants placed on the device according to the present invention is carried out using software installed on a computer or smartphone through a control unit and
  • Wi-Fi Wireless Fidelity
  • Bluetooth preferably a wireless connection via Wi-Fi or Bluetooth.
  • the device is powered by a power supply located on the specified device.
  • FIG. one One embodiment of the device according to the present invention is shown in FIG. one.
  • FIG. 7 by the example of the considered device in the form of a glove, the option of placing stimulants acting on the receptive field in the region of the index finger is presented.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Gloves (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Telephone Function (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к информационным технологиям и выполнено в форме перчатки для имитации тактильных экстероцептивных ощущений, возникающих при стимуляции рецепторов, расположенных на внутренней и внешней сторонах ладони и пальцах. Устройство изготовлено, например, из текстильного материала с расположенными на нем стимуляторами, которые оказывают прямое воздействие на рецепторы через поверхность кожи и имитируют осязательные ощущения.

Description

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИМИТАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ
КОНТАКТНЫХ ЭКСТЕРОЦЕПТИВНЫХ ОЩУЩЕНИЙ
Область техники
Настоящее изобретение относится к информационным технологиям и может быть использовано для имитации контактных экстероцептивных, осязательных ощущений, возникающих при стимуляции определенных рецепторов, расположенных на поверхности тела, с использованием компьютеров, мобильных телефонов, электронных устройств.
В частности, настоящее изобретение представляет собой устройство в виде перчатки с расположенными на нём вибрационными, касательными, двигательными, нагревательными и охлаждающими элементами, используемыми для стимуляции рецепторов для имитации контактных экстероцептивных ощущений.
Уровень техники
В настоящее время известно использование серия игровых контроллеров- геймпадов, представляющих собой удерживаемые двумя руками пульты с кнопками и симметрично расположенными аналоговыми джойстиками под большие пальцы рук с функцией вибрации как средства обратной связи. Однако такие устройства передают только общую вибрацию на руки пользователя при эпизодических моментах.
В патенте США N° 6677932 описана система и способ для распознавания слепой печати и создание тактильной обратной связи с пользователем. Данное устройство обеспечивает тактильную обратную связь для имитации нажатия на механическую кнопку. Целью настоящего изобретения является получение тактильной обратной связи при слепой печати на клавиатуре, чтобы исключить ошибочное попадание пальца мимо кнопки, при этом имитируется только касание по кнопки и только звуковым или вибрационным сигналом.
Так же существует система и способ для применения вибрации к
человеческому телу описанный в патенте США Ν» 8139803. Данная вибрационная система включает в себя вибратор, способный преобразовывать электрический сигнал в вибрацию. В одном случае, вибратор расположен на, или около человеческого тела на грудной мышце и на расстоянии от грудины. В другом варианте, вибратор расположен на или около человеческого тела таким образом, что колебания генерируются на поверхности тела. Описанное устройство не имитирует передачу тактильных ощущений, поскольку передает только вибрационные ощущения в область груди или рядом с ней.
Существует множество вариантов перчаток виртуальной реальности, которые содержат датчики расположения и движения пальцев для управления «виртуальной рукой» в программах виртуальной реальности. Некоторые из перчаток содержат системы вибропривода, обеспечивающие обратную связь и подобие тактильных ощущений. Примерами таких перчаток являются перчатка Dexmo компании Dextra Robotics (http://www.dextarobotics.com'). перчатка Peregrine (http://theperegrine.com ") и перчатка Manus VR (https://manus-vr.com).
Однако указанные перчатки не обеспечивают всей полноты тактильных ощущений, включающих ощущения вибрации, прикосновений, движения, фактуры и температуры предметов в виртуальной реальности.
Краткое описание настоящего изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление компактного, простого в изготовлении и пользовании устройства имитации различных тактильных ощущений, , а также способа имитации различных тактильных ощущений с использованием указанного устройства.
Указанная цель была достигнута посредством создания устройства в форме перчатки, в котором для имитации тактильных ощущений используется способ тактильного воздействия на рецептивные поля. Предлагаемое устройство является простым и удобным в использовании, и позволяет осуществлять восприятие имитируемой реальности в портативном и подвижном режиме.
Устройство согласно настоящему изобретению включает в себя:
- перчатку, выполненную из эластичного материала,
- стимуляторы механических, динамических и термические эффектов, закреплённые в областях перчатки, контактирующих с пальцами и ладонью руки в зонах расположения механорецепторов Мейснера, Пачини, Руффини, Краузе и аксонов клеток Меркеля,
- блок управления и коммуникации, связанный с указанными стимуляторами и осуществляющий коммуникацию с управляющим программным
обеспечением компьютера или смартфона,
- блок питания.
Одним из вариантов выполнения настоящего изобретения является устройство в форме перчатки для имитации контактных экстероцептивных ощущений на кожные покровы, в данном случае на пальцы и ладонь руки, посредством распложенных в нем стимуляторов, которые синхронизированы межу собой и передают механические, динамические и термические эффекты, а именно эффекты вибрации, сжатия, расширения, смещения, давления, нагревания и охлаждения.
В одном из вариантов настоящее изобретение может использоваться как дополнение к визуализации объекта, события или передаваемых ощущений для создания максимально перцептивного образа.
В одном из вариантов выполнения устройство согласно настоящему изобретению содержит тактильные стимуляторы, использующиеся для формирования тактильных ощущений, расположенные на кончиках пальцев руки и на ладони.
В одном из вариантов выполнения устройство согласно настоящему изобретению содержит вибрационные стимуляторы, использующиеся для имитирования ощущений вибрации, расположенные на внутренней стороне фаланг пальцев, а так же на внутренней стороне кисти руки.
В одном из вариантов выполнения устройство согласно настоящему изобретению содержит термические стимуляторы, использующиеся для
имитирования температурных ощущений, расположенные на внутренней и на внутренней стороне кисти руки.
В одном из вариантов выполнения устройство согласно настоящему изобретению содержит фиксирующий элемент на запястье руки.
В одном из вариантов способа согласно настоящему изобретению имитация, приём и приём контактных экстероцептивных ощущений осуществляется с использованием описанного выше устройства. Передаваемые ощущения
формируются путём последовательного или одновременного воздействия на рецепторы пальцев и ладони руки, посредством стимуляторов, управляемых с помощью программного обеспечения, установленного на компьютер или смартфон, соединённый с указанным устройством, проводным или беспроводным способом, через блок управления и коммуникации указанного устройства.
Описание чертежей
На Фиг. 1 представлен один из вариантов выполнения устройства согласно настоящему изобретению по форме перчатки, где буквой «В» на внутренней стороне ладони перчатки отмечены зоны рецептивного воздействия.
На Фиг. 2 на внутренней стороне ладони отмечены наиболее эффективные зоны рецептивного воздействия на рецептивном поле, где присутствует максимальное скопление все стимулируемых тактильных механорецепторов.
На Фиг. 3 на внутренней стороне ладони выделены зоны максимального скопления тактильных механорецепторов, именуемых тельцами Мейснера.
На Фиг. 4 на внутренней стороне ладони выделены зоны максимального скопления тактильных механорецепторов, именуемых тельцами Пачини.
На Фиг. 5 на внутренней стороне ладони выделены зоны максимального скопления тактильных механорецепторов аксонов клеток Меркеля.
На Фиг. 6 на внутренней стороне ладони выделены зоны максимального скопления тактильных механорецепторов, именуемых тельцами Руффини и Краузе.
На Фиг. 7 представлен вариант размещения элементов воздействия на рецептивное поле в области кончика указательного пальца.
Подробное описание настоящего изобретения
Термин «экстероцептивные ощущения», используемый в настоящем изобретении означает ощущения, которые доводится до сознания человека посредством информации из внешнего мира.
Предпочтительными экстероцептивными ощущениями, генерируемыми с использованием устройства согласно настоящему изобретению, являются контактные экстероцептивные ощущения, а именно осязательные и температурные ощущения.
В устройстве, согласно настоящему изобретению для создания контактных экстероцептивных ощущений используется осязательный способ приема информации. Ощущения имитируются посредством воздействия на рецептивное поле различными внешними стимуляторами.
В одном из вариантов выполнения предоставляется устройство в форме перчатки (см. Фиг. 1), где на внутренней стороне фаланг пальцев руки и на внутренней стороне ладони кисти расположены стимуляторы, воздействующие на рецептивное поле.
Воздействие стимуляторов направлено на тактильные механорецепторы, которые воспринимают такие явления, как прикосновение, давление, растяжение кожи и изменение температуры. Элементами в данном рецептивном поле, на которые осуществляется воздействие, являются свободные нервные окончания с утраченной миелиновой оболочкой и нейролем, тельца тактильных механорецепторов Мейснера, Пачини, Руффини, Краузе и аксоны клеток Меркеля.
Подробное описание общих функций и характеристик механорецепторов можно найти в книге «Neuroscience. 2nd edition», выпущенной в 2001 году
издательством Sinauer Associates при Oxford University. Соответствующий раздел доступен по ссылке: https://www.ncbi.nlm.nih.gOv/book:s/NBKl 1 162/.
Описание механорецепторов Мейснера, Пачини, Руффини, Краузе с указанием их функций раскрыто в книге D. J. Taylor, N. Р. О. Green, G. W. Stout, R. Soper, "Biological Science 1&2", v. 2, Third ed., 1997, Cambridge University Press, разделы 16.5.1. "Механорецепторы" и 16.5.2. "Терморецепторы". В указанном источнике, в частности, утверждается, что на прикосновение отвечают специализированные рецепторы, называемые тельцами Мейснера, которые лежат под самым эпидермисом и состоят из одного извитого нервного окончания, заключенного в капсулу, заполненную жидкостью. В коже, суставах, сухожилиях, мышцах и брыжейке имеются тельца Пачини, состоящие из окончания одного нейрона, окруженного соединительнотканными пластинками. Эти рецепторы реагируют на давление. Также указано, что в дерме имеются два типа рецепторов, которые считаются
ответственными за температурную чувствительность: тельца Руффини, реагирующие на тепло, и колбочки Краузе, реагирующие на холод.
Тельца Меркеля (или диски Меркеля), воспринимающие осязательные раздражения, их расположение и функции описаны в Halata Z., Baumann К. I., Grim М. Merkel Nerve Endings Functioning as Mechanoreceptors in Vertebrates // The Merkel Cell: Structure— Development— Function— Cancerogenesis / Baumann K. I., Halata Z., Moll I. (Eds.).— Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 2003. В одном из вариантов выполнения устройства согласно настоящему изобретению зоны воздействия в рецептивном поле определены в месте
максимального скопления соответствующих тактильных механорецепторов (см. Фиг. 2.)
Воздействием в рецептивном поле на тактильные механорецепторы путем прямой стимуляции сенсорных нейронов можно имитировать разные ощущения:
Оказывая стимуляцию в виде вибрационного воздействия на рецептивное поле, например продуцируя посредством переменного электрического тока изменение формы пьезоэлектрика, который соприкасается с кожей в зоне воздействия, в частотном диапазоне от 30 до 40 Гц, оказывается воздействие на тактильные механорецепторы, именуемые тельцами Мейснера, зоны максимального скопления которых отмечены на Фиг. 3, которое имитирует слабое прямое прикосновение благодаря поверхностному расположению телец в эпидерме.
При стимуляции в виде вибрационного воздействия в частотном диапазоне от от 70 до 800 Гц оказывается воздействие на тактильные механорецепторы— тельца Пачини, зоны максимального скопления которых отмечены на Фиг. 4, которое имитирует сильное прямое прикосновение.
При синхронном воздействии на аксоны клеток Меркеля, зоны максимального скопления которых отмечены на Фиг. 5, воздействие на которые производится путем смещения кожной поверхности в зоне стимуляции в диапазоне от 1 до 2 миллиметров, с сохранением контакта кожной поверхности в зоне соприкосновения со
стимулятором, возникает незначительное натяжение кожной поверхности за периметром зоны воздействия, что в сочетании с имитацией прикосновения имитирует ощущение касательного перемещения по поверхности зоны воздействия.
При этом широкий диапазон частотного воздействия на тактильные механорецепторы— тельца Пачини позволяет имитировать текстуру поверхности путем кратковременной перемены частоты воздействия, таким образом имитируя гладкую или грубую поверхность.
Синхронное и направленное воздействие стимуляторов вибрации и
стимуляторов смещения по рецептивной поверхности может имитировать
касательное направление движения по поверхности. При этом резкость и степень смещения, в сочетании повышением или уменьшением скорости вибрационного воздействия описанного выше, имитирует резкость начала перемещения и скорость перемещения по поверхности.
Оказывая тепловое воздействие в зоне рецептивного поля на глубину более 0,17 мм, например в данном случае посредством элемента, который соприкасается с кожей в рецептивной зоне, состоящего из двух разнородных проводников, через которые проходит электрический ток вместе их соединения, именуемый элементом Пельтье, где при поглощении энергии происходит нагревание, осуществляется воздействие на тактильные механорецепторы— тельца Руффини, зоны
максимального скопления которых отмечены на Фиг. 6, являющимися рецепторами тепловой чувствительности, которое в сочетании с выше описанным воздействием имитирует ощущение повышенной температуры поверхности, по которой происходит имитируемое касание.
Оказывая охлаждающее воздействие в зоне рецептивного поля на глубину более 0,3 мм, например в данном случае посредством элемента, который
соприкасается с кожей в рецептивной зоне, состоящего из двух разнородных проводников, через которые проходит электрический ток вместе их соединения, именуемый элементом Пельтье, где при поглощении энергии происходит охлаждение, осуществляется воздействие на тактильные механорецепторы— тельца Краузе, зоны максимального скопления которых отмечены на Фиг. 6, являющимися рецепторами чувствительности к холоду, которое в сочетании с выше описанным воздействием имитирует ощущение пониженной температуры поверхности, по которой происходит имитируемое касание.
В частности, в данном описываемом варианте изобретения, где используется элемент Пельтье, возможно изменение температуры зоны воздействия в диапазоне от плюс 40 до минус 5 градусов, которую можно регулировать, с сохранением контакта кожной поверхности в зоне воздействия путем изменения направления и силы электрического тока.
Оказывая механическое давление в зоне рецептивного поля, например посредством примитивных механических элементов и способов, осуществляется воздействие на тактильные механорецепторы— тельца Пачини, которые так же являются рецепторами, реагирующими на сдавливание, воздействие на которые имитирует ощущение силы нажатия на поверхность.
Имитация направления движения по поверхности, формирование ощутимой, рельефной фактуры, силы прикосновения к ней, а так же температуры поверхности достигается путем сочетания выше описанных имитирующих процессов, которые регулируются и управляются единой системой.
Управление стимуляторами, размещёнными на устройстве согласно настоящему изобретению, осуществляется с помощью программного обеспечения, установленного на компьютере или смартфоне через блок управления и
коммуникации, связанный с указанными стимуляторами, посредством,
предпочтительно, беспроводного соединения по протоколу Wi-Fi или Bluetooth.
Питание устройства осуществляется блоком питания, расположенным на указанном устройстве.
Один из вариантов выполнения устройства согласно настоящему изобретению изображён на Фиг. 1.
Например, для того чтобы имитировать медленное легкое касательное движение открытой ладони по вертикальной, гладкой, прохладной поверхности по направлению сверху вниз, на примере рассматриваемого варианта устройства в форме перчатки, необходимо синхронно воздействовать на рецептивное поле, определенное на Фиг. 2, следующими стимуляторами:
- вибрационными стимуляторами в постоянной частоте в диапазоне от 200 до 500 Гц,
- стимуляторами смещения кожной поверхности по направлению вверх в диапазоне от 0,3 до 0,5 мм,
- охлаждающими стимуляторами в температурном диапазоне от 12 до 18 градусов Цельсия.
На Фиг. 7 на примере рассматриваемого варианта устройства в форме перчатки представлен вариант размещения стимуляторов, воздействующих на рецептивное поле в области указательного пальца.
Хотя указанные изобретения описаны в деталях выше, для специалиста в указанной области техники, очевидно, что могут быть сделаны изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения, которые определяются приложенной формулой
изобретения.

Claims

Формула изобретения
1. Устройство для имитации и передачи тактильных экстероцептивных,
содержащее:
- перчатку, выполненную из эластичного материала,
- стимуляторы механических, динамических и термические эффектов, закреплённые в областях перчатки, контактирующих с пальцами и ладонью руки в зонах расположения механорецепторов Мейснера, Пачини, Руффини, Краузе и аксонов клеток Меркеля,
- блок управления и коммуникации, связанный с указанными стимуляторами и осуществляющий коммуникацию с управляющим программным
обеспечением компьютера или смартфона,
- блок питания.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сигнализаторы расположены на внутренней и внешней сторонах ладони руки и фалангах пальцев.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанное устройство дополнительно содержит фиксирующий элемент на запястье руки.
4. Способ имитации и передачи экстероцептивных ощущений путем стимуляции рецепторов с помощью устройства по п. 1, в котором:
- ощущения фактуры поверхности имитируют путем вибрационной стимуляции тактильных механорецепторов Мейснера и Пачини,
- ощущение направленного касательного движения по поверхности имитируют путем вибрационной стимуляции тактильных механорецепторов Мейснера и Пачини синхронно со стимуляцией аксонов клеток Меркеля путем смещения кожного покрова,
- ощущение температуры поверхности имитируют путем термической стимуляции тактильных механорецепторов Руффини и Краузе,
- ощущение прикосновения к поверхности имитируют путем давления на тактильные механорецепторы Пачини.
PCT/RU2018/000499 2017-07-26 2018-07-26 Устройство и способ имитации и передачи контактных экстероцептивных ощущений WO2019022644A2 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020504197A JP2020528628A (ja) 2017-07-26 2018-07-26 接触性外受容感覚をシミュレート及び伝達する装置及び方法
EP18838413.5A EP3663894A4 (en) 2017-07-26 2018-07-26 DEVICE AND PROCESS FOR IMITATION AND TRANSMISSION OF EXTERNAL SENSATIONS RECEIVING CONTACT
US16/650,358 US20200356169A1 (en) 2017-07-26 2018-07-26 Device and Method for Simulating and Transmitting Contact Exteroceptive Sensations
CA3073401A CA3073401A1 (en) 2017-07-26 2018-07-26 Device and method for simulating and transmittng contact exteroceptive sensations
CN201880062481.5A CN111164541A (zh) 2017-07-26 2018-07-26 用于模拟和传送接触性外源感受的设备和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017126891 2017-07-26
RU2017126891A RU2708949C2 (ru) 2017-07-26 2017-07-26 Устройство и способ имитации и передачи контактных экстероцептивных ощущений

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2019022644A2 true WO2019022644A2 (ru) 2019-01-31
WO2019022644A3 WO2019022644A3 (ru) 2019-03-28

Family

ID=65041259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000499 WO2019022644A2 (ru) 2017-07-26 2018-07-26 Устройство и способ имитации и передачи контактных экстероцептивных ощущений

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20200356169A1 (ru)
EP (1) EP3663894A4 (ru)
JP (1) JP2020528628A (ru)
CN (1) CN111164541A (ru)
CA (1) CA3073401A1 (ru)
RU (1) RU2708949C2 (ru)
WO (1) WO2019022644A2 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2742548C1 (ru) * 2019-12-30 2021-02-08 Александр Сергеевич Ковалев Устройство для передачи механических воздействий на расстоянии, при помощи электрической энергии (варианты)
JP6894565B1 (ja) * 2020-12-14 2021-06-30 尚代 菅尾 器具、トレーニング方法
WO2022270328A1 (ja) * 2021-06-22 2022-12-29 株式会社レモン 器具
RU2762857C1 (ru) * 2021-10-15 2021-12-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Устройство формирования общей чувствительности в виртуальной среде
EP4250060A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-27 Nokia Technologies Oy Apparatus, systems, methods and computer programs for transferring sensations

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6677932B1 (en) 2001-01-28 2004-01-13 Finger Works, Inc. System and method for recognizing touch typing under limited tactile feedback conditions
US8139803B2 (en) 2005-08-15 2012-03-20 Immerz, Inc. Systems and methods for haptic sound

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2411603A2 (fr) * 1977-12-19 1979-07-13 Zarudiansky Alain Dispositif et procede d'enregistrement de restitution et de synthese de sensations tactiles
WO1997020305A1 (en) * 1995-11-30 1997-06-05 Virtual Technologies, Inc. Tactile feedback man-machine interface device
JP3574554B2 (ja) * 1997-11-18 2004-10-06 独立行政法人 科学技術振興機構 触感呈示方法及び装置
RU8828U1 (ru) * 1997-12-30 1998-12-16 Летно-исследовательский институт им.М.М.Громова Система обучения операторов для технического обслуживания летательных аппаратов
KR100703701B1 (ko) * 2005-06-14 2007-04-06 삼성전자주식회사 촉각 정보를 효율적으로 제공하기 위한 방법 및 장치
JP2009276996A (ja) * 2008-05-14 2009-11-26 Canon Inc 情報処理装置、情報処理方法
KR20160135552A (ko) * 2015-05-18 2016-11-28 삼성전자주식회사 가상 현실 장치 및 피드백 장치, 실감형 서비스 제공 시스템 및 방법
US10055019B2 (en) * 2015-05-20 2018-08-21 Sony Interactive Entertainment Inc. Electromagnet-laden glove for haptic pressure feedback
US9535501B1 (en) * 2015-06-29 2017-01-03 Apple Inc. Input with haptic feedback
GB201514721D0 (en) * 2015-08-19 2015-09-30 Morgan Innovation & Technology Ltd Haptic stimulation apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6677932B1 (en) 2001-01-28 2004-01-13 Finger Works, Inc. System and method for recognizing touch typing under limited tactile feedback conditions
US8139803B2 (en) 2005-08-15 2012-03-20 Immerz, Inc. Systems and methods for haptic sound

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Neuroscience", 2001, SINAUER ASSOCIATES AT OXFORD UNIVERSITY
D. J. TAYLORN. P. O. GREENG. W. STOUTR. SOPER: "Biological Science 1&2", vol. 2, 1997, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS
HALATA Z.BAUMANN K. I.GRIM M.: "The Merkel Cell: Structure — Development — Function — Cancerogenesis", 2003, SPRINGER VERLAG, article "Merkel Nerve Endings Functioning as Mechanoreceptors in Vertebrates"
See also references of EP3663894A4

Also Published As

Publication number Publication date
CA3073401A1 (en) 2019-01-31
RU2708949C2 (ru) 2019-12-12
RU2017126891A (ru) 2019-01-28
EP3663894A2 (en) 2020-06-10
RU2017126891A3 (ru) 2019-01-28
CN111164541A (zh) 2020-05-15
WO2019022644A3 (ru) 2019-03-28
US20200356169A1 (en) 2020-11-12
EP3663894A4 (en) 2021-06-23
JP2020528628A (ja) 2020-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2708949C2 (ru) Устройство и способ имитации и передачи контактных экстероцептивных ощущений
EP3337441B1 (en) Haptic stimulation apparatus
Cipriani et al. A miniature vibrotactile sensory substitution device for multifingered hand prosthetics
CA2815629C (en) Portable hand rehabilitation device
US20170131775A1 (en) System and method of haptic feedback by referral of sensation
CN103735395B (zh) 一种具有温度觉和振动觉的穿戴装置
US11607521B2 (en) Apparatus for administering bilateral tactile stimulation to a human subject
AU2014292546B2 (en) Method and wearable apparatus for synchronizing a user with a virtual environment
US11000736B2 (en) Method and apparatus for an activity environment generator
Damian et al. Wearable haptic device for cutaneous force and slip speed display
Velãzquez et al. A shoe-integrated tactile display for directional navigation
Handelzalts et al. Integrating tactile feedback technologies into home-based telerehabilitation: opportunities and challenges in light of COVID-19 pandemic
McDaniel et al. MOVeMENT: A framework for systematically mapping vibrotactile stimulations to fundamental body movements
Stephens-Fripp et al. Using vibration motors to create tactile apparent movement for transradial prosthetic sensory feedback
US11684537B2 (en) Human-interface device and a guiding apparatus for a visually impaired user including such human-interface device
Shim et al. Using poke stimuli to improve a 3x3 watch-back tactile display
De Mauro et al. Advanced hybrid technology for neurorehabilitation: the HYPER project
Bergamasco et al. Haptic interfaces for embodiment in virtual environments
CN109568101A (zh) 一种指腹刺激指套
Magana et al. On-shoe tactile display
Umesawa et al. Development and evaluation of a device for inducing kinesthetic illusion of dual joint movements
Salazar et al. Motion guidance using haptic feedback based on vibrotactile illusions
Pamungkas Enhancing human computer interaction with electrotactile feedback
Paolocci Guiding Humansthrough Wearable Haptics
Zhou Wearable Haptic Feedback System and Interfaces

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18838413

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020504197

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3073401

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018838413

Country of ref document: EP

Effective date: 20200226