Устройство для тактильной передачи информации пользователю

Полезная модель относится к устройствам для передачи информации тактильным способом и может быть использована для передачи информации как пользователям с ограниченными возможностями зрительного и/или слухового восприятия, так и обычным пользователям с целью расширения возможности информационного обмена. Устройство содержит корпус, имеющий поверхность для контакта с кожей пользователя, со стороны которой выполнена выемка, и размещенную в выемке корпуса пластину, установленную с возможностью перемещения относительно корпуса вдоль по меньшей мере одной оси. В пластине выполнены отверстия, в которых размещены контактные элементы, установленные с возможностью их перемещения с выступанием относительно упомянутой поверхности корпуса и воздействием на кожу пользователя посредством давления. При этом воздействующие на кожу пользователя поверхности по меньшей мере части из упомянутых контактных элементов отличаются друг от друга по меньшей мере одной характеристикой, выбранной из шероховатости поверхности, формы поверхности и материала поверхности. Технический результат - повышение скорости и надежности передачи информации пользователю. 10 з.п. ф-лы. 2 ил.

Полезная модель относится к устройствам для передачи информации тактильным способом (за счет осязания) и может быть использована для передачи информации как пользователям с ограниченными возможностями зрительного и/или слухового восприятия, так и обычным пользователям с целью расширения возможности информационного обмена.

В настоящее время практически всю поступающую из внешнего мира информацию человек воспринимает через зрение и слух. При этом такой канал восприятия информации как осязание используется, как правило, лишь людьми с ограниченными возможностями (слепыми или слабовидящими). Для этого применяются специализированные технические устройства, которые воздействуют на кожу различными способами (за счет давления, вибрации, тепла и др.),

В частности, из уровня техники известно устройство для передачи информации тактильным способом (см. WO 97/16035 А1. 01.05.1997), содержащее корпус в виде пластины контактирующей с кожей пользователя, в пластине выполнены отверстия, в которых размещены контактные элементы (штыри), установленные с возможностью их выступания относительно поверхности корпуса и воздействия на кожу пользователя посредством давления или вибрации. При этом данные отверстия образуют на поверхности корпуса один или несколько регистров для передачи информации пользователю в виде символов. Т.е. в известном устройстве для передачи информации определенные контактные элементы одного регистра выдвигаются последовательно или одновременно, «вырисовывая» на коже символ (букву алфавита, цифру и т.п.), который необходимо передать пользователю. Соответственно, при использовании нескольких регистров возможна одновременная передача нескольких символов.

Основным недостатком аналога является то, что процесс получения информации в данном устройстве происходит очень медленно. В таком виде этот процесс не может сравниться по быстродействию с получением информации за счет зрения и слуха. Кроме того, исследования показывают, что в случае использовании нескольких регистров в подобных устройствах, при появлении в них символов одновременно, человек не воспринимает данную информацию как единое слово. Это связано с тем, что ощущения от «написания» на коже различных букв достаточно похожи, т.к. используется один вид воздействия на кожу, в связи с чем пользователю очень сложно запомнить совокупность таких ощущений как единое целое (единое слово) даже если отдельное ощущение (отдельная буква) воспринимается хорошо.

Кроме того, при «написании» слова с использованием известного устройства не создается единого образа, который мог быть воспринят пользователем. Следует отметить, что при обычном чтении с использованием зрения человек читает по буквам, затем по слогам. Затем он постепенно переходит к беглому чтению. Обычно человек не задумывается над тем, каким образом достигается эта беглость чтения. Известные слова при чтении определяются очень быстро и автоматически. Однако, если человек встречает в тексте незнакомое или редко употребляемое слово, то он не может прочесть его бегло и читает это слово по слогам. При этом человек запоминает определенные образы и в дальнейшем легко их воспроизводит при чтении. При существенном изменении расположения букв друг относительно друга восприятие всего слова будет крайне затруднительно, т.е. человек будет читать его по буквам или по слогам. То же самое происходит и при использовании осязания для получения информации. Однако, в известных устройствах эти особенности человеческого восприятия не учитываются.

Таким образом, чтобы обеспечить быстродействие получения информации, сопоставимое с быстродействием зрительного и слухового способов информационного обмена необходимо выполнить следующие условия:

- Ощущения от подаваемых на кожу пользователя воздействий должны восприниматься мнгновенно.

- Ощущения должны быть легко узнаваемыми и разнообразными,

- По возможности должна быть предусмотрена одновременная подача на кожу всех букв одного слова.

- Расположение букв друг относительно друга должно быть строго фиксированным (слово должно восприниматься как единый неизменяемый образ).

Задача заявленной полезной модели заключается в обеспечении реализации указанных выше условий в предлагаемом устройстве.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении скорости и надежности передачи информации пользователю.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для тактильной передачи информации пользователю содержит корпус, имеющий поверхность для контакта с кожей пользователя, со стороны которой выполнена выемка, и размещенную в выемке корпуса пластину, установленную с возможностью перемещения относительно корпуса вдоль по меньшей мере одной оси, при этом в пластине выполнены отверстия, в которых размещены контактные элементы, установленные с возможностью их перемещения с выступанием относительно упомянутой поверхности корпуса и воздействием на кожу пользователя посредством давления, причем воздействующие на кожу пользователя поверхности по меньшей мере части из упомянутых контактных элементов отличаются друг от друга по меньшей мере одной характеристикой, выбранной из шероховатости поверхности, формы поверхности и материала поверхности.

Кроме того, указанный технический результат достигается в частных формах реализации полезной модели за счет того, что:

- отверстия пластины сгруппированы в регистры, каждый из которых обеспечивает единовременную передачу информации пользователю в виде одного символа, путем воздействия на кожу пользователя одного или нескольких размещенных в отверстиях одного регистра контактных элементов.

- устройство имеет 7 упомянутых регистров, каждый из которых образован 22 отверстиями, при этом каждый из контактных элементов размещенных в отверстиях одного регистра и/или комбинация по меньшей мере двух из контактных элементов, размещенных в отверстиях одного регистра, соответствует одному символу для передачи информации.

- устройство выполнено с возможностью регулирования давления воздействующего на кожу пользователя.

- устройство выполнено с возможность создания давления на кожу пользователя величиной от 3 до 40 г/мм².

- для перемещения пластины установлены средства перемещения пластины в виде соленоидов.

- средства перемещения пластины выполнены с возможностью ее колебательного перемещения с частотой от 0,1 до 2 Гц,

- перемещение пластины обеспечивает трение поверхностей контактных элементов о кожу пользователя.

- для перемещения контактных элементов, установлены катушки индуктивности, охватывающие контактные элементы.

- устройство дополнительно содержит установленный в отверстии пластины по меньшей мере один выдвижной элемент, снабженный средством температурного воздействия на кожу пользователя.

- средство температурного воздействия выполнено в виде элемента Пельтье.

- устройство дополнительно содержит установленный в отверстии пластины по меньшей мере один выдвижной элемент, снабженный средствами вибрации,

- пластина выполнена изогнутой.

Далее описаны предпочтительные варианты конструкции заявленного устройства. При этом, следует отметить, что возможны его другие модификации в рамках описанной выше совокупности признаков, обеспечивающей достижение технического результата.

На фиг.1 показан общий заявленного устройства (вид спереди), на фиг.2 показана его внутренняя конструкция (вид сбоку).

Устройство содержит корпус 1 имеющий внутреннюю сторону с поверхностью 2, контактирующей с кожей пользователя, и внешнюю сторону с поверхностью 3, которая может являться панелью управления прибором. С внутренней стороны (со стороны поверхности 2) корпус 1 имеет выемку, по краям которой (т.е. на поверхности 2) прикреплены мягкие прокладки (не показаны). Внутри выемки корпуса расположена подвижная пластина 4, установленная с возможностью перемещения относительно корпуса 1 вдоль по меньшей мере одной оси. В предпочтительном варианте пластина 4 совершает колебательные движения вдоль одной оси от одного края выемки корпуса 1 к другому с частотой от 0,1 до 2 Гц. При этом перемещение пластины 4 осуществляется за счет действия двух соленоидов 5. Пластина 4 может быть выполнена с изгибом внутрь так, что при движении она повторяет форму поверхности в соответствующем месте крепления корпуса на теле человека (например, на руке). В пластине 4, со стороны контактирующей с кожей поверхности 2 корпуса 1, выполнены отверстия 6. В предпочтительном варианте реализации устройства указанные отверстия 6 образуют регистры 7, каждый из который отвечает за единовременную передачу пользователю одного символа. В частности, как показано на фиг.1 пластина 4 имеет семь одинаковых регистров 7 в виде окон, каждое из которых образовано двадцати двумя отверстиями 6, размещенными в три колонки. В таком варианте устройство может единовременно передавать информацию в семь символов (например, в виде слова из семи букв).

В отверстиях размещены выдвигающиеся контактные элементы 8 (контактные штыри), установленные с возможностью их перемещения с выступанием относительно поверхности 2 корпуса 1 и воздействием на кожу пользователя посредством давления. При этом, за счет комбинации перемещений контактных элементов 8 и пластины 4, создается воздействие на кожу трением. Для перемещения контактных элементов 8 относительно поверхности корпуса 1, вокруг них установлены катушки индуктивности 9. При этом на противоположных относительно рабочей поверхности 2 корпуса 1 концах элементов 8 установлены упругие элементы 10. Управление перемещением контактных элементов 8 осуществляется за счет микросхемы 11, установленной в корпусе 1.

Контактные элементы 8 имеют воздействующие на кожу пользователя поверхности 12. При этом поверхности 12 по меньшей мере части из контактных элементов 8 отличаются друг от друга по меньшей мере одной характеристикой. Данной отличающейся характеристикой может являться шероховатость поверхности, форма поверхности и материал поверхности. Предпочтительно, чтобы все поверхности 12 контактных элементов 8 одного регистра 7 отличались друг от друга. В таком варианте каждому элементу 8 (каждой поверхности 12) возможно сопоставить одну букву алфавита, при этом, если количество контактных элементов меньше, чем букв в алфавите, для обозначения недостающих букв можно использовать одновременное воздействием нескольких поверхностей 12 элементов 8. При установления соответствия характеристикам поверхности 12 контактных элементов 8 определенной букве алфавита целесообразно, чтобы характеристика материала или формы поверхности каким-либо образом ассоциировалась с соответствующей буквой, в частности название характеристики может начинаться с этой буквы. Например, волнистая поверхность соответствует букве «в», материал, напоминающий ножки насекомых - букве «н», материал напоминающий кисть художника - букве «к», шероховатая поверхность, напоминающая рассыпанную соль - букву «с», бархатная поверхность - букву «б», мягкий материал поверхности - букву «м» и т.д. При этом необходимо учитывать также, что у каждого человека имеются свои приоритеты в выборе материалов. В связи с этим в устройстве может быть предусмотрена возможность выбора различных материалов, а также замена одного материала на другой в процессе использования устройства.

Рассмотрим предпочтительную конфигурацию регистров 7 устройства, а также соответствие контактных элементов 8 в регистре определенным символам.

«Расположение» букв в регистрах 7 и размеры каждого из элементов 8 предпочтительно должны быть выбраны исходя из пространственного порога чувствительности. При этом при передаче информации в виде слов нежелательно, чтобы элемент 8, находящийся в отверстии 6 последней колонки текущего регистра использовался одновременно с элементом, стоящим напротив него в первой колонке следующего регистра, а также чуть выше или чуть ниже (см. Фиг.1). При использовании русского алфавита, эта задача может быть решена следующим образом: в последней колонке регистра размещают сверху вниз буквы «ц», «ж», «ш», «щ», «ч», «й». В первой колонке размещают сверху вниз буквы «я», «ф», «з», «э», «ы», «ю». Такие буквенные сочетания встречаются крайне редко и лишь в заимствованных из других языков словах или названиях. Соотношение букв и элементов средней колонки может быть выбрано различными способами. Предпочтительным является выбор, когда элементам с большой площадью поверхности соответствуют более часто употребляемые буквы.

Помимо регистров с выдвижными элементами, в пластине 4 (например, между третьим и четвертым регистрами 7) может быть установлен выдвижной элемент 13. снабженный средствами вибрации (массажером), обеспечивающими вибрацию с частотой 250 Гц. Предпочтительно, чтобы расположение массажера было выбрано таким образом, чтобы не оказывать акупунктурное влияние на биологически активные точки пользователя.

Кроме того, в пластине (например, между четвертым и пятым регистрами) также может быть установлен выдвижной элемент 14, снабженный средствами температурного воздействия на кожу пользователя, в качестве которых может быть использован, например, элемент Пельтье, установленный на поверхности выдвижного элемента 14 с возможностью воздействия на кожу температурой от +10 до +25°С.

Кроме того, в предпочтительном варианте реализации, устройство имеет возможность регулирования величины давления, подаваемого на кожу посредством контактных элементов 8. Это необходимо для создания различных воздействий на кожу для увеличения различимости воздействия при передаче разных символов (букв).

На внешней стороне пластины могут быть размещены органы управления и настройки прибора, а также место для установки СИМ-карты для мобильного телефона, для принятия SMS сообщений. Также, устройство может являться дополнением к мобильному телефону.

Далее описан алгоритм использования заявленного устройства.

Как было упомянуто выше, каждому из двадцати двух указанных контактных элементов 8 каждого регистра сопоставляется одна буква алфавита. В случае русского алфавита (в котором 33 буквы) оставшиеся одиннадцать букв могут быть переданы с использованием комбинации двух (или более) элементов.

Кроме того, для увеличения эффекта различимости передаваемых символов (букв) могут быть дополнительно использованы различные воздействия контактных элементов и их комбинации, в частности:

- Постоянное давление различной силы. Различные контактные элементы устройства в одном регистре могут давить на кожу с различной силой (человек может ощущать изменение давления в достаточно широких пределах, которые существенно различаются в зависимости от части тела). В зависимости от того, с какой силой элемент давит на кожу, пользователь сможет определить, какая буква или часть буквы передается.

- Давление, изменяющееся во времени. Воздействие, подаваемое на кожу с определенной частотой может соответствовать определенной букве.

- Давление, «отображающее форму». Давление на кожу нескольких контактных элементов может быть осуществлено таким образом, что создается ощущения «написания» буквы на коже. В данном случае важна не сила давления отдельного элемента, и не частота изменения этого давления, а место приложения этого давления на коже. Каждый из элементов «выдавливает» на коже какую-то часть буквы. Фиксируя поочередно эти воздействия и человек определяет букву полностью. При этом, чем проще форма буквы, тем проще ее воспринять.

Причем для написания какой-либо из упомянутых двадцати букв русского алфавита может быть использовано давление на кожу и трение. Важно, что в данном случае воздействие давления будет незначительным, поэтому пользователь будет чувствовать только трение. Остальные одиннадцать букв будут идентифицироваться за счет различного давления на кожу с использованием различного количества воздействующих элементов. В данном случае доминирующим воздействием будет давление, а трение не будет чувствоваться.

Давление может осуществляться в пределах от 3 до 40 граммов на 1 кв. мм кожи исходя из среднего абсолютного порога чувствительности и болевого порога чувствительности.

Передача букв других алфавитов может осуществляться аналогично.

Отображение цифр может осуществляется следующим образом. В первом регистре появляется знак о том, что далее будут идти цифры (например, выдвигаются элементы одновременно всей средней колонки). Далее отображаются следующие буквы: «н» означает цифру ноль «0». буква «е» означает единицу «1». буква «д» означает цифру «2», буква «т» означает цифру «3» и т.д. Можно также в некоторых случаях «писать» цифры словами: «пять», «сто», двести» и т.д. Знаки препинания могут передаваться в виде отдельных знаков, например, запятая «,» - отображаться буквой «з» сразу во всех колонках регистрах и т.д. Возможны и другие варианты обозначения различных символов в заявленном устройстве.

Если количество регистров устройства меньше, чем длина одного слова, то возможна передача слова в виде отдельных частей за несколько воздействий контактных элементов.

Передача информации осуществляется следующим образом.

При прохождении электрического тока, подаваемого на катушки индуктивности 9, определенные контактные элементы 8 регистров выдвигаются из отверстий 6 пластины 4 одновременно, выступая относительно поверхности 2 корпуса, и поверхности 12 контактных элементов соприкасаются с кожей пользователя. При этом одновременно с выдвижением контактных элементов 12 до соприкосновения с кожей осуществляется перемещение движение пластины 4 устройства, которая обеспечивает воздействие на кожу трения. При соприкосновении пользователь хорошо чувствует и распознает каждую из поверхностей выдвинутых контактных элементов 8 в каждом регистре (за счет их перемещения, а также отличий их свойств друг от друга), сопоставляет ощущение от каждой поверхности (или комбинации поверхностей) с соответствующей буквой (или другим символом) и составляет из букв слово. Затем через определенный промежуток времени подача тока на катушки 9 прекращается и упругие элементы 10 отводят элементы 8 обратно. После этого для передачи следующего слова (или его части) выдвигается следующий набор контактных элементов 8 и т.д.

При этом одной из важнейших особенностей заявленного устройства является то, что, за счет использования подвижной пластины, все воздействующие на кожу пользователя поверхности 12 контактных элементов двигаются вместе. На начальных этапах использования устройства пользователь учится распознавать отдельные буквы, т.е. «читает» по буквам. Далее чтобы начать «читать» по слогам, а затем и бегло, необходимо чтобы поверхности контактных элементов не меняли свое расположение друг относительно друга, т.е. все «слово» должно двигаться одновременно, что и достигается в заявленном устройстве.

При работе заявленного устройства для повышения концентрации и устойчивости внимания пользователя при передаче информации также могут быть использованы выдвигающиеся элементы 13 и 14, создающие соответственно вибрационное и тепловое воздействие через определенные промежутки времени. Указанные элементы обеспечивают повышение устойчивости концентрации внимания пользователя, что дополнительно увеличивает скорость и надежность передачи информации.

Таким образом, заявленное устройство обеспечивает:

- Повышение скорости и надежности получения информации через осязательный канал до такой степени, чтобы она была сопоставима со скоростью получения информации через зрительный и слуховой каналы. Это достигается за счет использования в заявленном устройстве пластины, позволяющей одновременно перемещать контактные поверхности относительно корпуса устройства при их воздействии на кожу пользователя, а также за счет того, что поверхности контактных элементов отличаются друг от друга создавая легко узнаваемые и разнообразные воздействия на кожу пользователя.

- Повышение удобства использования по сравнению с другими подобными устройствами (не задействует кисти рук). В ряде случаев заявленное устройство может быть более удобным для получения информации по сравнению с применением устройств, использующих зрительные и слуховые воздействия (например, в условиях плохой видимости, постороннего шума).

- Безопасность использования. Устройство не оказывает вредных воздействий на человека и более безопасно по сравнению с устройствами, использующими зрительное и слуховое воздействие.

Следует отметить, что заявленное устройство не ограничено предпочтительными вариантами реализации, раскрытыми в описании. Оно может иметь и другие модификации, в рамках приведенной совокупности существенных признаков, направленной на достижение указанного технического результата.

1. Устройство для тактильной передачи информации пользователю, содержащее корпус, имеющий поверхность для контакта с кожей пользователя, со стороны которой выполнена выемка, и размещенную в выемке корпуса пластину, установленную с возможностью перемещения относительно корпуса вдоль по меньшей мере одной оси, при этом в пластине выполнены отверстия, в которых размещены контактные элементы, установленные с возможностью их перемещения с выступанием относительно упомянутой поверхности корпуса и воздействием на кожу пользователя посредством давления, причем воздействующие на кожу пользователя поверхности по меньшей мере части из упомянутых контактных элементов отличаются друг от друга по меньшей мере одной характеристикой, выбранной из шероховатости поверхности, формы поверхности и материала поверхности.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутые отверстия пластины сгруппированы в регистры, каждый из которых обеспечивает единовременную передачу информации пользователю в виде одного символа, путем воздействия на кожу пользователя одного или нескольких размещенных в отверстиях одного регистра контактных элементов.

3. Устройство по п.2, которое содержит 7 упомянутых регистров, каждый из которых образован 22 отверстиями, при этом каждый из контактных элементов, размещенных в отверстиях одного регистра, и/или комбинация по меньшей мере двух из контактных элементов, размещенных в отверстиях одного регистра, соответствует одному символу для передачи информации.

4. Устройство по п.1, которое выполнено с возможностью регулирования давления, воздействующего на кожу пользователя.

5. Устройство по п.1 или 4, которое выполнено с возможностью создания давления на кожу пользователя величиной от 3 до 40 г/мм².

6. Устройство по п.1, в котором для перемещения пластины установлены средства перемещения пластины в виде соленоидов.

7. Устройство по п.6, в котором средства перемещения пластины выполнены с возможностью ее колебательного перемещения с частотой от 0,1 до 2 Гц.

8. Устройство по п.1 или 7, в котором перемещение пластины обеспечивает трение поверхностей контактных элементов о кожу пользователя.

9. Устройство по п.1, в котором для перемещения контактных элементов установлены катушки индуктивности, охватывающие контактные элементы.

10. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит установленный в отверстии пластины по меньшей мере один выдвижной элемент, снабженный средством температурного воздействия на кожу пользователя.

11. Устройство по п.10, в котором средство температурного воздействия выполнено в виде элемента Пельтье.

12. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит установленный в отверстии пластины по меньшей мере один выдвижной элемент, снабженный средствами вибрации.

13. Устройство по п.1, в котором пластина выполнена изогнутой.