Οσφρητικές Διεπαφές (Olfactory Interfaces)


Η όσφρηση είναι μια από τις πέντε αισθήσεις, (δευτερεύουσας σημασίας) για την αντίληψη του περιβάλλοντος χώρου και την κατανόησή του. Η οσφρητική εμπειρία είναι ένα νέο και με ελάχιστη ερευνητική δουλεία αντικείμενο. Η αναπαράσταση οσμών στον χώρο του χρήστη είναι μια εξαιρετικά δύσκολη διαδικασία. Ωστόσο, η αναπαράσταση της αίσθησης της οσμής είναι δύσκολη, καθώς το αισθητηριακό όργανο, η μύτη δεν μπορεί να αντιληφθεί όλα τα μόρια που βρίσκονται στον αέρα διότι αναγνωρίζει μόνο 9 από αυτά που περιέχουν μοριακό βάρος από 30 έως 300 dalton. Οι οσφρητικές διεπαφές επιτρέπουν την αλληλεπίδραση του ανθρώπου με συστήματα αναπαράστασης των οσμών με δυο τεχνικές, την εξάτμιση και τον συνδυασμό. Ο παραδοσιακός τρόπος πρόσληψης οσμών είναι οι διαχύτες που διανέμουν τις οσμές στον χώρο. Το πρόβλημα με τις παραδοσιακές γεννήτριες αρώματος «διαχυτών » είναι ότι δεν μπορούν να σβήσουν τη μυρωδιά μόλις διασκορπιστούν μέσα στο χώρο. Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις στο χωροχρονικό έλεγχο των μυρωδιών, με διασωλήνωση ή δακτυλίδια δίνης και με ενσωματωμένος εξοπλισμός. Ο αμεσότερος τρόπος ώθησης μικρών ποσοτήτων οσμών στη μύτη είναι να χρησιμοποιηθούν οι σωλήνες που φέρνουν το αέριο από τη γεννήτρια στην μύτη. Η ενσωμάτωση των συστημάτων αυτών σε ένα εικονικό περιβάλλον είναι δύσκολη μιας και οι οσμές δεν μπορούν να φύγουν άμεσα και έτσι δεν θα μπορούν να συμβαδίζουν με τις ενέργειες του συστήματος. Στόχος αυτών των τεχνολογιών είναι πάντα η προσαύξηση της ανθρώπινης εμπειρίας και κατανόησης μέσα από εμπλουτισμένα αισθητηριακά περιβάλλοντα.Συγκριτικά με άλλες αισθήσεις, η όσφρηση είναι πιο πολύπλοκη ως προς την αντίδραση από ένα εξωτερικό ερέθισμα.
Η οσφρητική διεπαφή είναι ένα πεδίο που έχει αναπτυχθεί λιγότερο στον τομέα της επικοινωνίας ανθρώπου υπολογιστή. Υπάρχουν αρκετοί λόγοι που οδήγησαν σ αυτό το αποτέλεσμα, η πιο σημαντική αιτία ωστόσο είναι ότι δεν υπάρχουν πολλές χρήσιμες εφαρμογές που κάνουν χρήση αυτής της αίσθησης. Παρόλο αυτά, με την ανάπτυξη της εικονικής πραγματικότητας η αίσθηση της όσφρησης αποτελεί μια σημαντική πια λειτουργία σε εφαρμογές όπως είναι η προσομοίωση σε εικονικές μάχες και η εκπαίδευση σε εικονικό χειρουργείο οπως και η
εκπαίδευση πυροσβεστών σε ένα εικονικά διαμορφωμένο περιβάλλον. Αν και μια οσφρητική διεπαφή δεν αναπτύσσεται μόνο στον τομέα της εικονικής πραγματικότητας, αποτειλεί απαραίτητο συστατικό για την ανάπτυξη μιας τέτοιας εφαρμογής. Οι συσκευές που χρησιμοποιούνται αναφέρονται συνήθως ως electronic noses και χρησιμοποιούνται για τη συλλογή και την “ερμηνεία” οσμών. Ο διαχωρισμός των δράσεων των πολυμέσων ως προς τις αισθήσεις που επηρεάζουν είναι ξεκάθαρος – οι αισθήσεις που μπορούν να επηρεαστούν είναι: αφή, όραση, ακοή, όσφρηση, γεύση (όχι άμεσα με την χρήση πολυμέσων)

Στην ενότητα αυτή θα αναπτυχθούν τα εξής σημεία:
  • H όσφρηση
  • Ιστορική αναδρομή
  • Μηχανισμός
    • Παραγωγή οσμών
      • Vaporization
      • Blending
    • Αναμετάδοση οσμών
  • Παράγοντες που επηρεάζουν τις διεπαφές
    • Odor intensity
    • Threshold Value
    • Adaptation
    • Nonlinearity
    • Spatial Perception
  • Σχεδιαστικές αρχές
    • Αναμενόμενη επίδραση της επισύναψης μιας οσφρητικής διεπαφής
    • Αριθμός οσμών
    • Αριθμός χρηστών και χωρικών διαστάσεων
    • Χρονικές πτυχές του ελέγχου οσμών


H όσφρηση


Η όσφρηση είναι η αίσθηση που είναι σχετική με τη μυρωδιά, και οι οσφρητικές διεπαφές αναφέρονται στις συσκευές ή/και τα συστήματα που παρέχουν στους χρήστες τις πληροφορίες μέσω των οσμών. Οι άνθρωποι λαμβάνουν τις οσμές από την ανίχνευση ορισμένων μορίων στην ατμόσφαιρα μέσω της μύτης. Στη ρινική κοιλότητα, υπάρχουν τρία ρινικά turbinates που χωρίζουν την πορεία της ροής αέρα στην κοιλότητα. Υπάρχει ένα όργανο που καλείται οσφρητικό επιθήλιο στην κορυφή της κοιλότητας, όπου οι μυρωδιές ανιχνεύονται. Τα μόρια των οσμών συλλαμβάνονται από το στρώμα βλέννας και ανιχνεύεται έπειτα από τα οσφρητικά κύτταρα.

46.jpg47.jpg





Η οσφρητική αντίληψη περιλαμβάνει τρεις βασικούς στόχους:

  • Εκτίμηση έντασης,
  • Ποιοτική περιγραφή
  • Τόνος ευχαρίστησης

6.jpg

Ιστορική αναδρομή


48.jpg

Οι χρήστες θα μπορούσαν να απολαύσουν τους πολύμορφους κινηματογράφους ενσωματώνοντας τα αεράκια και οσμές, αν και οι επιδείξεις δεν ήταν διαλογικές (Heilig, 1962).


McCarthy.jpg

Ο McCarthy μπορούσε να εκπέμψει μια επιλεγμένη μυρωδιά και να παραγάγει μια ακολουθία διάφορων οσμών και την ονόμασε Smellitzer (McCarthy 1984)

Μηχανισμός


Ο μηχανισμός βασίζεται σε δυο τεχνικές στην εξάτμιση και τον συνδυασμό για να μπορέσει να αναπαράγει τις οσμές και να τις παραδώσει στον χρηστή μέσω ατομικών ή συσκευών χώρου δίνοντας στην αίσθηση της οσμής σαν μια επιπλέον διάσταση.
  • Παραγωγή οσμών
    • Vaporization (Εξάτμιση)
      • Ένας απλός τρόπος των μυρωδιών ατμοποίησης είναι φυσική εξάτμιση.
      • Ένας άλλος τρόπος για την εξάτμιση μιας υγρής πηγής είναι με την παραγωγή λεπτής υδρονέφωσης του υγρού ο πιο γνωστός τρόπος είναι με τον ψεκασμό
  • Blending (Συνδυασμός)
    • Για να αναμείξουν τις μυρωδιές ενώ είναι με υγρή μορφή, χρησιμοποιούνται αλκοολούχες ενώσεις
    • Ένας άλλος τρόπος τις συστατικές μυρωδιές είναι να συνδυαστούν αφότου ατμοποιείται κάθε μυρωδιά
  • Αναμετάδοση οσμών
    • Η αναμετάδοση των οσμών γίνεται με τους διαχύτες , τα δακτυλίδια δίνης, ή με τη διασωλήνωση του χρήστη
5.jpg


Παράγοντες που επηρεάζουν τις διεπαφές


  • Odor intensity (Ένταση οσμών): Αν και οι άνθρωποι θεωρούνται ικανοί να διακρίνουν χιλιάδες μυρωδιές, δεν υπάρχει αυτήν την περίοδο καμία μέθοδος, όπως αναφέρεται προηγουμένως, για να συνθέσει τις τυχαίες οσμές με τη μίξη ενός μικρού συνόλου «αρχικών» οσμών.
  • Threshold Value (Κάτω όριο εκπομπών): Η ελάχιστη συγκέντρωση στην οποία οι άνθρωποι μπορούν «να ανιχνεύσουν» μια μυρωδιά καλείται ελάχιστη τιμή για την αναγνώριση. Υπάρχουν πολλαπλάσιοι ορισμοί της αξίας κατώτατων ορίων: ανίχνευση, αναγνώριση, και διαφορικό.
  • Adaptation (Προσαρμογή): Μετά από τη συνεχή έκθεση σε μια μυρωδιά, η υποκειμενική ένταση της μυρωδιάς μειώνεται βαθμιαία μετά από μια ορισμένη περίοδο, η μυρωδιά δεν ανιχνεύεται άλλο συνειδητά. Αυτό το φαινόμενο καλείται προσαρμογή, και θεωρείται ένας μηχανισμός που ρυθμίζει την ευαισθησία σε μια μυρωδιά. Cross-adaptation: είναι το φαινόμενο της μειωμένης ευαισθησίας μιας μυρωδιάς μέσω της έκθεσης σε άλλη.
  • Multiplier Effect and Masking Effect (Επίδραση πολλαπλασιαστών και επίδραση μασκών): Όταν δυο οσμές αναμιγνύονται η ένταση άλλοτε ενισχύεται και άλλοτε καταστέλλεται. Η ενίσχυση ονομάζεται Multiplier Effect. Η απελευθέρωση οσμών που καλύπτουν κάποιες άλλες ονομάζεται Masking Effect.
  • Nonlinearity (Μη γραμμικότητα ): Οι αλλαγές στη συγκέντρωση οδηγούν μερικές φορές στις ποιοτικές παρά ποσοτικές αλλαγές, ειδικά για τις πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Αυτό το φαινόμενο καλείται modification (Τροποποίηση).
  • Spatial Perception (Χωρική αντίληψη):Η εύρεση της θέσης μιας πηγής μυρωδιάς είναι ένας σημαντικός στόχος σχετικός με τη χωρική αντίληψη από την όσφρηση. Καθώς κινούμαστε μπορούμε να συγκρίνουμε την πορεία μας και τον τρόπο με τον οποίο αλλάζει η ένταση των οσμών χρονικά και συνεπώς να εντοπίσουμε την πηγή τους.

Σχεδιαστικές αρχές


Ο σχεδιαστής κατά την φάση της σύλληψης πρέπει να λάβει υπόψη του αρκετούς παράγοντες που θα παρουσιάσουμε σε αυτήν την ενότητα. Ο χειρισμός των οσμών είναι ένα πολύ περίπλοκο αντικείμενο που κάνει τον χειρισμό τους από τις διεπαφές ακόμα πιο δύσκολο. Η δυσκολία έγκειται κατά κύριο λόγο στους παρακάτω τέσσερις λόγους:
  • Expected Effect of Appending an Olfactory Interface (Αναμενόμενη επίδραση της επισύναψης μιας οσφρητικής διεπαφής): Ο σχεδιαστής πρέπει να λάβει υπόψη εάν είναι σημαντικό ή αποτελεσματικό για το σύστημα να επισυνάψει ένα οσφρητικό κανάλι. Μπορούν να υπάρξουν ζητήματα όταν η οσφρητική διεπαφή δεν είναι ο βασικός μηχανισμός της αλληλεπίδρασης. Σε αυτήν την περίπτωση, οι σχεδιαστές πρέπει να αποφασίσουν εάν η οσφρητική επίδραση αξίζει το συμπληρωματικό κόστος και την πολυπλοκότητα στο σύστημα.
  • Number of Odors (Αριθμός οσμών): Δεν υπάρχει μέθοδος που να συνθέτει τυχαίες οσμές. Ο αριθμός των οσμών που μπορεί να περιέχει μια εφαρμογή πρέπει να είναι μικρός για να μπορεί να λαμβάνεται από τον χρήστη.
  • Number of Users and Spatial Dimensions (Αριθμός χρηστών και χωρικών διαστάσεων):Το επόμενο σημείο που εξετάζει είναι ο αριθμός χρηστών για την ταυτόχρονη προώθηση οσμών. Εάν η εφαρμογή είναι για έναν χρήστη, μια συσκευή προσωπικού μεγέθους, όπως μια μικρή γεννήτρια οσμών που βρίσκεται κοντά στο χρήστη, μπορεί να εφαρμοστεί. Εάν η εφαρμογή είναι για πολλούς χρήστες, υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για να επιτευχθούν οι οσφρητικές διεπαφές πολλών χρηστών η πρώτη αναφέρεται στην παροχή μιας προσωπικής συσκευής για κάθε χρήστη και η δεύτερη αναφέρεται στον έλεγχος ενός οσφρητικού συστήματος μεγάλου όγκου σε ένα χώρο για όλους τους χρήστες.
  • Temporal Aspects of Odor Control (Χρονικές πτυχές του ελέγχου οσμών): Κατά την εφαρμογή των οσφρητικών διεπαφών με οπτικοακουστικές ή διαλογικές εφαρμογές, η ταχύτητα των αλλαγών ή των αντικαταστάσεων των οσφρητικών ερεθισμάτων είναι ένα σημαντικό ζήτημα. . Η διεπαφές δεν μπορούν να ελέγξουν τις οσμές απομακρύνοντας τες όσο γρήγορα θα θέλαμε για μια πιο γρήγορη διάδραση με ένα εικονικό περιβάλλον.



Γευστικές Διεπαφές (Taste Interfaces)


Είναι μία από τις πέντε αισθήσεις, με την οποία αντιλαμβανόμαστε την ποιότητα των τροφών και των υγρών στο στόμα ανάλογα με τον τρόπο που ερεθίζουν τη γλώσσα. Είναι μία από τις πέντε αισθήσεις, με την οποία αντιλαμβανόμαστε την ποιότητα των τροφών και των υγρών στο στόμα ανάλογα με τον τρόπο που ερεθίζουν τη γλώσσα. Είναι το τελευταίο σύνορο της εικονικής πραγματικότητας. Η γεύση είναι δύσκολο να αναπαραχθεί διότι είναι μια πολυμορφική αίσθηση που αποτελείται από χημικές ουσίες, ήχο, οσμή και αφή. Οι άνθρωποι ανιχνεύουν χημικά στοιχειά στις τροφές με την χρήση των δεκτών της γλώσσας. Αν και μπορούν να δοκιμάσουν πολλές χημικές οντότητες μπορούν μόνο να νιώσουν 6 γεύσεις την γλυκιά, την πικρή, την ξινή, την αλμυρή, και την unami.
  • Sweet (Γλυκιά): Η κοινή γλυκιά ουσία είναι η σακχαρόζη που είναι γνωστή σαν ζάχαρη
  • Bitter (Πικρή): Η πικρή γεύση αποτρέπει την κατάποση των τοξικών ενώσεων. Παράδειγμα πικρής γεύσης είναι η καφεΐνη στον καφέ
  • Sour (ξινή): Οι ξινές ουσίες είναι συνήθως οξέα. Παράδειγμα ξινής γεύσης είναι το ξύδι
  • Salty (αλμυρή): Κάθε αλμυρή ουσία περιέχει NaCl γνωστό και σαν αλάτι
  • Umami (αλμυρή): Είναι μια κινέζικη λέξη που σημαίνει αλμυρός (savory). Το χαρακτηριστικό συστατικό που περιέχει είναι οι γλουταμίνες που βρίσκονται στο κρέας, το τυρί και σε φαγητά πλούσια σε πρωτεΐνες

Στην ενότητα αυτή θα αναπτυχθούν τα εξής σημεία:
  • Η γεύση
  • Γλώσσα
  • Τεχνολογία των διεπαφών
    • Filter paper discs
  • Food Simulator
    • Haptic Device in a Food Simulator
    • Multisensory Display
  • Human factors design of the interface
  • Σχεδιαστικές αρχές


Γλώσσα


Η γλώσσα αποτελείται από τρία μέρη, τη ρίζα, το σώμα και την κορυφή. Η κορυφή και το σώμα βρίσκονται στην ιδίως στοματική κοιλότητα ενώ η ρίζα προσφύεται κυρίως στο έδαφος του στόματος. Το άνω τμήμα της γλώσσας που ονομάζεται ράχη.

11.jpg
Η αντίληψη της γεύσης γίνεται από ένα βιολογικό αισθητήρα μεμβρανών που βρίσκονται στην γλώσσα. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να αντιληφτούν μόνο τις 5 γεύσεις που αναφέραμε. Σημαντικό ρόλο παίζει και η σύσταση των τροφών.


Τεχνολογία των διεπαφών

Filter paper discs


Δεν υπάρχει καμία αλληλεπιδραστική τεχνική μέχρι σήμερα που να αναπαράγει την γεύση. Η παραδοσιακή τεχνική για την αναπαραγωγή της γεύσης είναι η χρήση των φίλτρων χαρτιού σε δίσκους (Filter paper discs). Ένα μικρό φίλτρο χαρτιού που περιέχει χημικές ουσίες τοποθετείται στην γλώσσα. Η πυκνότητα των ουσιών διαφέρει σε κάθε σημείο του φίλτρου. Εντούτοις, δεν έχει υπάρξει καμία τεχνική για να αναπαράγει την προτίμηση του χρήστη.
21.jpg22.jpg

Food Simulator


Προσπάθεια δημιουργίας μιας διεπαφής που θα αναπαρήγαγε στον χρήστη τη σύσταση τροφίμων καθώς επίσης και την γεύση. Το άλυτο πρόβλημα στην αναπαραγωγή της γεύσης ήταν ζήτημα απτικό. Ο πρώτος στόχος ήταν να αναπτυχτεί μια διεπαφή για το δάγκωμα. (Haptic Device in a Food Simulator). Έπρεπε να διαμορφωθεί κατάλληλα για να μπαίνει στο στόμα και να ελέγχεται αποτελεσματικά στην αναπαράσταση των συστατικών των τροφών. Ο δεύτερος στόχος ήταν να παρουσιαστεί στον χρήστη μια πολύμορφη αίσθηση για αυτόν τον λόγο ενσωματώθηκαν ήχοι δαγκώματος. (Multisensory Display).Για να επιτύχουν τους στόχους τους δημιούργησαν μια απτική διεπαφή που παρουσιάζει την δύναμη δαγκώματος. Ο προσομοιωτής αναπαρήγαγε τον ήχο δαγκώματος από μια πραγματική τροφή. Η χημική αίσθηση της γεύσης παράγονταν με την χρήση injection pump που συνδέονταν με ένα σωλήνα.

Haptic Device in a Food Simulator:

Η διεπαφή εφάπτεται στο στόμα του χρήστη επιτρέποντας ένα βαθμό ελευθερίας (DOF). Καταγραφή του πρώτου δαγκώματος του χρήστη.
Haptic_Device.jpg41.jpg


Multisensory Display


Sound: Καταγραφή του ήχου δαγκώματος που γίνεται αντιληπτός από την δόνηση της γνάθου με μικρόφωνο δονήσεων κοκάλων.¨Έπειτα ο ήχος συγχρονίστηκε με το δάγκωμα.
Chemical Taste: Οι χημικές αισθήσεις που γίνονται αντιληπτές από τη γλώσσα συμβάλλουν πολύ στην γεύση Μια τυχαία γεύση μπορεί να συντεθεί από συνδυασμό κάποιον από τις 5 βασικές

42.jpg43.jpg


Η αίσθηση ενισχύθηκε με χρήση υγρών χημικών που αποστέλλονταν με χρήση σωλήνα από την συσκευή injection pump (Nichiryo, DDU-5000).
44.jpg45.jpg


Human factors design of the interface



Measurement of Biting Force of Real Food (Μέτρηση του δαγκώματος της δύναμης των πραγματικών τροφίμων).
Ο προσομοιωτής τροφίμων παρήγαγε την δύναμη προσομοιώνοντας την δύναμη που καταγράφεται από ένα άτομο που δαγκώνει πραγματικά τρόφιμα με χρήση αισθητήρα δύναμης Film-like.

50.jpg

51.jpg

Σχεδιαστικές αρχές


Οι σχεδιαστικές αρχές που προτείνονται για την δημιουργία διεπαφών που να προσομοιώνουν την αίσθηση της γεύσης είναι περιορισμένες σε αριθμό μιας και το συγκεκριμένο αντικείμενο δεν έχει ερευνηθεί σε τόσο μεγάλο βαθμό, σε αντίθεση με τις άλλες αισθήσεις για την επικοινωνία ανθρώπου υπολογιστή.
  • Οι σύνδεσμοι της δύναμης που ανατροφοδοτούν τη συσκευή πρέπει να είναι ταιριάζουν στη δομή του σαγονιού του χρήστη.
  • Το εξάρτημα που εφάπτεται στο στόμα και παρέχει ανατροφοδότηση πρέπει να είναι λεπτό και μεγάλης αντοχής.
  • Για λόγους υγιεινής τα υλικά πρέπει να είναι μιας χρήσης.
  • Ο σωλήνας που διαχέει το χημικό υγρό για προσημείωση της γεύσης πρέπει να εφάπτεται στην γλωσσά.


Παρουσίαση




Βίντεο

The Process of olfactory:


Scented image spaces:



Βιβλιογραφικές Πηγές


1. Philip Kortum, HCI beyond the GUI, Chapter 8 (Yasuyuki Yanagida), Elsevier Inc., 2008
2.Encyclopedia of Human-Computer Interaction, WS Bainbridge (Ed.), Berkshire Publishing, pp. 507-511, 2004
3.Wiki http://translate.google.gr/translate?hl=el&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Olfaction&ei=WTUJTOHqD6CS4gaS_tCgAQ&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=1&ved=0CB0Q7gEwAA&prev=/search%3Fq%3Dolfactory%2Bwiki%26hl%3Del%26rls%3Dig