Jag har skapat en plats för eftertanke i kontorslandskapets strikta miljö. Ett bord med taktila kvalitéter som har för avsikt att bidra till avslappnande fysisk aktivitet och meditativt lugn. Med inspiration från naturliga strukturer och mönster har jag jobbat med sinnesintryck som främjar lugn och reflektion. Vi rör oss idag i strikta, geometriska miljöer. Skapade miljöer, som inte alltför sällan känns lika självklara som vår naturliga miljö. I en ständig jakt på effektivitet följer vi ett givet mönster. Hur väl tänker vi egentligen igenom våra val? Genom intervjuer med politiker och andra beslutsfattare kom jag fram till att många människor sällan eller aldrig ger sig utrymme till eftertanke på sin arbetsplats. Detta sker istället i utomhusmiljö, ofta i kombination med någon form av fysisk aktivitet. Våra sinnesintryck blir mer och mer enformiga och torftiga och vi kommer alltmer sällan i fysisk kontakt med naturliga element. Kan vi inte se oss själva som en del av det naturliga kretsloppet kan vi inte heller agera därefter. Jag har därför arbetat med känselsinnet och har i min formgivning fokuserat på det taktila och haptiska och hur det spelar med synsinnet. I en mötesmiljö som erbjuder naturliga, framför allt taktila sinnesintryck hoppas jag kunna erbjuda en lugn och meditativ sinnesstämning. Förhoppningsvis kan denna sinnesstämning leda till bättre genomtänkta beslut.

Spatial haptics is a fascinating technology with which users can explore and modify3D computer graphics objects with the sense of touch, but its application potentialis often misunderstood. For a large group of application designers it is still unknown,and those who are aware of it often have either too high expectations of what is technicallyachievable or believe it is too complicated to consider at all. In addition, spatialhaptics is in its current form ill-suited to interaction design. This is partly because theproperties and use qualities cannot be experienced in an application prototype until asystem is fully implemented, which takes too much effort to be practical in most designsettings. In order to find a good match between a solution and a framing of aproblem, the designer needs to be able to mould/shape/form the technology into a solution,but also to re-frame the problem and question initial conceptual designs as shelearns more about what the technology affords. Both of these activities require a goodunderstanding of the design opportunities of this technology. In this thesis I present a new way of working with spatial haptic interaction design.Studying the serially linked mechanism from a well-known haptic device, and a forcereflectingcarving algorithm in particular, I show how to turn these technologies froman esoteric engineering form into a form ready for interaction design. The work isgrounded in a real application: an oral surgery simulator named Kobra that has beendeveloped over the course of seven years within our research group. Its design hasgone through an evolutionary process with iterative design and hundreds of encounterswith the audience; surgeon-teachers as users and potential customers. Some ideas, e.g.gestalting authentic patient cases, have as a result received increased attention by thedesign team, while other ideas, e.g. automatic assessment, have faded away. Simulation is an idea that leads to ideals of realism; that e.g. simulated instrumentsshould behave as in reality, e.g. a simulated dental instrument for prying teeth is expectedto behave according to the laws of physics and give force and torque feedback.If it does not, it is a bad simulation. In the present work it is shown how some of therealism ideal is unnecessary for creating meaningful learning applications and can actuallyeven be counter-productive, since it may limit the exploration of creative designsolutions. This result is a shift in perspective from working towards constantly improvingtechnological components, to finding and making use of the qualities of modern,but not necessarily absolute cutting-edge, haptic technology. To be able to work creatively with a haptic system as a design resource we needto learn its material qualities and how - through changing essential properties - meaningfulexperiential qualities can be modulated and tuned. This requires novel tools andworkflows that enable designers to explore the creative design space, create interactionsketches and tune the design to cater for the user experience. In essence, this thesisshows how one instance of spatial haptics can be turned from an esoteric technologyinto a design material, and how that can be used, and formed, with novel tools throughthe interaction design of a purposeful product in the domain of dental education. / 3D-haptik är en fascinerande teknologi med vilken användare kan utforska ochmodifiera tredimensionella datorgrafik-objekt med känseln, men dess användningspotentialär ofta missförstådd. För flertalet applikationsutvecklare är tekniken fortfarandetill stor del okänd, och de som känner till den har antingen alltför höga förväntingarav vad som är tekniskt möjligt, eller uppfattar 3D-haptik som alltför komplicerat föratt vara ett gångbart alternativ. Dessutom är 3D-haptik i sin nuvarande form tämligenomoget för interaktionsdesign. Detta beror till stor del på att en applikationsprototypsegenskaper och användarkvaliteter inte kan upplevas innan ett system är implementerati sin helhet, vilket kräver alltför stora utvecklingsresurser för att vara praktisktförsvarbart i de flesta designsituationer. För att uppnå en bra matchning mellan ett användarbehovi en viss situation och en potentiell lösning behöver en designer kunna åena sidan formge och finjustera tekniken, och å andra sidan vara öppen för att ifrågasättaoch ändra problemformulering och konceptdesign när hen lär sig mer om vilkamöjligheter tekniken erbjuder. Båda dessa aktiviteter kräver en god förståelse för vilkadesignmöjligheter som en viss teknik, eller material, erbjuder. I den här avhandlingen presenterar jag ett nytt sätt att arbeta med interaktionsdesignför 3D-haptik. Genom att studera i synnerhet den seriellt länkade mekanismen somåterfinns i en vanligt förekommande typ av 3D-haptikenhet, och en kraftåterkopplandeskärande/borrande algoritm visar jag hur man kan omvandla dessa teknologier från attvara en svårtillgänglig ingengörskonst till en form som är mer redo för interaktionsdesign.Denna förberedelse resulterar i ett slags designmaterial, samt de verktyg ochprocesser som har visat sig nödvändiga för att effektivt kunna arbeta med materialet.Forskningen är grundad i en verklig tillämpning: en simulator för käkkirurgi vidnamn Kobra, som har utvecklas under sju år inom vår forskargrupp. Kobras utformninghar genomgått en evolutionär utvecklingsprocess med iterativ design och hundratalsmöten med målgruppen; lärarpraktiserande käkkirurger och studenter som användareoch potentiella kunder. Därvid har några designidéer, t.ex. gestaltning av patientfall, avdesignteamet fått utökad uppmärksamhet medan andra idéer, t.ex. automatisk gradering,har tonats ned. Simulering är i sig självt en idé som ofta leder till ett ideal av realism; till exempelatt simulerade instrument ska uppföra sig som i verkligheten, det vill säga ett simulerattandläkarinstrument för att hävla (bända) tänder förväntas följa fysikens lagar och geåterkoppling i form av av både kraft och vridmoment. Om detta inte uppfylls betraktassimuleringen som undermålig. I det aktuella arbetet visas hur delar av realism-idealetinte är nödvändigt för att skapa meningsfulla lärandeapplikationer, och att det till ochmed kan vara kontraproduktivt eftersom det begränsar utforskande av kreativa designlösningar.Ifrågasättandet av realsimidealet resulterar i ett perspektivskifte vad gällersimulatorutveckling generellt, från att ensidigt fokusera på vidareutveckling av enskildatekniska komponenter, till att identifiera och dra nytta av kvaliteterna som redanerbjuds i modern haptisk teknik. För att kunna arbeta kreativt med ett haptiksystem som en designresurs behöver vilära känna dess materialkvaliteter och hur, genom att ändra grundläggande parametrar,meningsfulla upplevelsekvaliteter kan moduleras och finjusteras. Detta kräver i sin turnyskapande av verktyg och arbetsflöden som möjliggör utforskande av det kreativadesignrummet, skapande av interaktionssketcher och finjustering av gestaltningen föratt tillgodose användarupplevelsen. I grund och botten visar denna avhandling hur en specifik 3D-haptik-teknologi kanomvandlas från att vara en svårtillgänglig teknologi till att vara ett designmaterial, ochhur det kan användas, och formas, med nyskapande verktyg genom interaktionsdesignav en nyttoprodukt inom tandläkarutbildning / <p>QC 20160309</p>

Bei der Interaktion zwischen Mensch und Maschine werden Informationen vorrangig über die haptischen, optischen und akustischen Kanäle ausgetauscht. In diesem Beitrag steht die bislang kaum untersuchte Forschungsfrage im Fokus, ob und, wenn ja, wie haptische und optische Einschätzungen von Probanden differieren. In dem Beitrag wird eine Laborstudie zur grundlagenorientierten Untersuchung von Oberflächen vorgestellt. Dabei werden Materialien des Interieurs und Exterieurs von Automobilen untersucht. Es zeigt sich, dass in bestimmten Bewertungsdimensionen ein Unterschied zwischen den Modalitäten besteht.

The company Forsslund Systems has developed a simulator for oral surgery training. The simulator, named Kobra, uses detailed virtual models of surgical situations, spatial haptics and a co-located stereoscopic display to provide an environment in which students can practice surgical techniques. Four years after the introduction of the Kobra a need was recognized for a new hardware design that satisfies the customers expectations on visual appearance and hardware refinement and that aims to improve the experience for the end users. This report describes the design development process of the new enclosure, that had a focus on human-centered design, brand management and small-scale manufacturing. Inspired by findings from a comprehensive user study, conducted at a teaching hospital in Riga and relevant literature, as well as the results of prototyping and testing, the new design of the Kobra aims to improve the usability and market attractiveness of the product offering. This while being tailored to utilize the manufacturing technologies available to a small-scale in-house or out-sourced production team. A full-scale functioning prototype of the concept was built in-house, using the proposed means of manufacture, demonstrating a design that is close to ready for production. / Simulatorn, kallad Kobra, använder detaljerade virtuella modeller av kirurgiska ingrepp, 3D-haptik och en samlokaliserad stereoskopisk skärm för att skapa en miljö där elever kan öva kirurgiska tekniker. Fyra år efter introduktionen av Kobran klargjordes ett behov av en ny hårdvarudesign som uppfyller kundernas förväntningar på utseende och hårdvarukvalité samt som syftar till att förbättra upplevelsen för slutanvändarna. Denna rapport beskriver designutvecklingsprocessen av den nya exteriören, som hade utgångspunkt från människocentrerad design, varumärkeshantering och småskalig tillverkning. Inspirerad av insikter från en omfattande användarstudie, genomförd på ett lärosäte i Riga och relevant litteratur, såväl som resultaten av prototyptillverkning och utvärdering, syftar den nya designen av Kobran till att förbättra användbarhet och produktens marknadsläge. Detta medans designen är skräddarsydd för att utnyttja de tillverkningsprocesser som är tillgängliga för ett småskaligt internt eller externt produktionslag. En fullskalig fungerande prototyp av konceptet byggdes, med hjälp av de föreslagna tillverkningsmetoderna, som påvisade en nära produktionsklar design.

Denna rapport behandlar konstruktion och testning av ett modul- och haptikbaserat navigeringssystem avsett för synnedsatta. Projektet har delvis finansierats av Ögonfonden och har utförts vid Umeå universitet. Idén om haptikbaserade navigeringssystem är inte ny och arbetet har därför lutat sig mot tidigare forskning, exempelvis forskning utförd av Daniel Innala Ahlmark et al. vid Luleå tekniska universitet. Det som dock inte hittas vid granskning av tidigare forskning är en modulbaserad implementering. Uppsatta krav inkluderar skapande av en sensormodul med rimlig spatial upplösning, en vibrationsmodul som avkodar synfältet samt att en pilotstudie som testar dessa moduler skulle upprättas. Modulerna bestod bland annat av mikrokontrollern STM32L072KZT6 och lasersensorn VL53L5CX. Bluetooth har använts för att skapa en trådlös UART-brygga mellan modulerna. Prototypen skapades på perfboards och mjukvaran skrevs i C. Resultat från pilotstudien visade att testpersonerna kände tillit till systemet samt fann det hjälpsamt vid navigering. Ingen tidsvinst kunde dock observeras. Avslutningsvis har detta arbete visat att det är möjligt att skapa ett modul- och haptikbaserat navigeringssystem men att vidareutveckling krävs för att realisera detta. Vad som behöver göras för att öka prestandan i just denna modulbaserade implementering har dock konstaterats. / This paper describes the construction and testing of a module and haptic based navigation system aimed for visually impaired persons. The project is partly founded by Ögonfonden and has been carried out at Umeå University. Research in haptic based navigation systems isn’t entirely new and thus the project has looked into previous research for instance the one performed by Daniel Innala Ahlmark et al. at Luleå University of Technology. However, no module based approach has been found when reviewing previous research. Set criteria for the project includes the creation of a sensor module with acceptable spatial resolution, a haptic module decoding the field of view and a pilot study testing the system. The modules include components such as the microcontroller STM32L072KZT6 and the laser sensor VL53L5CX. Bluetooth was used to create a wireless UART bridge between the modules. The prototype was constructed on perfboards and the software was written in C. Results from the pilot study shows that the test persons felt a trust for the system and found it helpful for navigating. However, no time gain was found. Finally, this project has shown that it’s possible to create a modular haptic based navigation system, however, more development is needed to actualize this. Nonetheless, what needs to be done to increase the performance in this particular module based implementation is evident.

Denna kandidatuppsats undersöker överdelsplagg och den förflyttning de gör i förhållande till kroppen i rörelse. För att kunna utveckla plagg med smarta funktioner med sensorer eller aktivatorer vars uppgift är att avläsa eller stimulera en specifik punkt på kroppen, är det viktigt att förstå hur plaggets förflyttas i förhållande i kroppen i rörelse. I det syftet utfördes denna studie genom att frivilliga testpersoner skannades i 3D scanner med ett testplagg med markeringar för avmätningar i olika positioner. Positioner som undersöktes i studien var baserade på det rörelsemönstret som är observerat i vardagslivet i Sverige. Studien avsåg även att se över om förflyttningen har olika karaktär för storlekar. Både män och kvinnor deltog i studien i storlekarna S, M och L. Den största förflyttningen skedde vid lyft av båda armarna över huvudet. Det gick även att observera skillnader i förflyttningen mellan de olika storlekarna. Det finns ett behov att uppmärksamma dessa förflyttningar för konstruktion av plagg med sensorer och aktivatorer. / This bachelor thesis is exploring how upperbody garments and the movement the garment does in relation to the body in movement. To be able to develop garments with smart technology with sensors and activators, which jobs are to read or stimulate a specific point of the body, it is important to understand the displacement of the garment when the body moves. In purpose of this, this study is performed by having people volunteer for 3D body scanning wearing a test garment with markers for measurements in different postures. The postures that were examined was based on the pattern of movement that was observed in the daily life in Sweden. The study aimed to see how the displacements changes in different sizes. Both men and women took part in this study in the sizes S, M and L. The biggest displacement was in the posture where the participants lifted their hands above their heads. It was possible to observe differences in the displacement between the sizes. There is a need to observe these movements to be able to make constructions suitable for garments with sensors and activators.

Detta examensarbete utfördes för att ta reda på hur viktig skuggning är som djupinformationsbärare i en multimodal simulator för operativ extraktion av visdomständer. Simulatorn har både haptik och stereografik som kan förmedla djupinformation. Frågeställningen för examensarbetet var därför att undersöka om det fanns något behov av att använda sig av en relativt beräkningstung rendering med skuggning, eller om det skulle duga med en enklare typ av rendering. Användartester har utförts med erfarna tandläkare som har fått prova på simulatorn med olika typer av renderingar av ett och samma patientfall. Metoden som användes kallas kooperativ utvärdering vilken tillåter diskussion mellan användaren och utvärderaren. Det visar sig att skuggningen spelar en mycket stor roll för användarens djupuppfattning. Skuggningen visar sig faktiskt vara betydligt viktigare än stereoinformationen, särskilt som tandläkarna fokuserar på ett mycket litet område där stereoeffekten verkar försumbar. Det är även viktigt att väga in det faktum att inte alla kan se djup i stereobilder. Då de tänkta användarna är relativt unga tandläkarstudenter är de vana vid nästan verklighetstrogen grafik från dataspel och datoranimerad film. Därför bör grafiken i simulatorn ligga så nära den standarden som möjligt. Användandet av haptik gör visserligen att användaren kan känna var denna befinner sig i djupled, men vid konflikt med synintrycken så verkar synen ta överhanden. Slutsatsen blir därmed att skuggning definitivt är värd att implementeras, trots de extra resurser som krävs. / The aim of this thesis was to investigate the importance shading has on the perception of depth in a multimodal simulator for operative extraction of wisdom teeth. The simulator uses both haptics and stereo graphics to convey information about depth. The problem formulated in the thesis was to investigate the necessity of using shading, which is quite demanding computationally, or if a simpler type of rendering would suffice. User tests have been performed with experienced dentists who have tried different graphical renderings of the same patient case in the simulator. The method used for the tests is called cooperative evaluation and allows for discussions between the user and the evaluator. Shading turns out to play an important role in the users’ perception of depth. It even seems to be more important than the stereo information since the area the dentists focus on is so small the stereo effect seems negligible. The fact that not all people can see depth in stereo images is also important to consider. As the intended users are relatively young dental students, they are accustomed to almost photorealistic graphics in computer games and computer animation. Therefore the graphics in the simulator needs to be as close to that standard as possible. The use of haptics does make it possible for the user to feel where s/he is located depthwise, but when a conflict with the visual feedback occurs, the visual information tends to dominate. The conclusion therefore is to recommend that shading definitely is worth implementing, even though it requires additional resources.

Bei der Interaktion zwischen Mensch und Maschine werden Informationen vorrangig über die haptischen, optischen und akustischen Kanäle ausgetauscht. In diesem Beitrag steht die bislang kaum untersuchte Forschungsfrage im Fokus, ob und, wenn ja, wie haptische und optische Einschätzungen von Probanden differieren. In dem Beitrag wird eine Laborstudie zur grundlagenorientierten Untersuchung von Oberflächen vorgestellt. Dabei werden Materialien des Interieurs und Exterieurs von Automobilen untersucht. Es zeigt sich, dass in bestimmten Bewertungsdimensionen ein Unterschied zwischen den Modalitäten besteht.

Modern research in prosthetic devices and other assistive technologies are constantly pushing boundaries. While the technology is impressive, it is still inaccessible for the greater part of the people in need of it. Advanced devices are often extremely expensive and require regularly maintenance from professionals. Enabling the Future is a global network of volunteers and was founded to face these problems. They design and 3D-print mechanical prosthetics for people in need all over the world. Most of the designs used by Enabling the Future are purely mechanical and do not implement motors. The purpose of this thesis was to take a new approach to the design and construction of low-cost motorized prosthetic hands. By distancing all the electronic components from the hand, including the motor, the project aimed to create a device compatible with all current designs of the Enabling the Future community. To conceptualize this approach a demonstrator was constructed and tested. It utilized a muscle sensor which allowed users to control the hand by tightening their muscles. The distance between the electronic components and the prosthetic hand measured approximately one and a half meters and still transfered enough force, from the motor to the hand, to deliver an adequate grip strength. / Modern forskning inom protestillverkning och andra handikapphjälpmedel gör kontinuerligt stora framsteg. Trots att tekniken är imponerade är den fortfarande otillgänglig för den största del människor som behöver den. Avancerade hjälpmedel är ofta extremt dyra och kräver kontinuerligt underhåll från yrkesverksamma. Enabling the Future, ett globalt nätverk av volontärer, grundades för att utmana dessa problem. De konstruerar och tillverkar 3D-skrivna mekaniska proteser för människor med behov över hela världen. De flesta konstruktioner som används av Enabling the Future är helt mekaniska och använder inga motorer. Syftet med detta kandidatexamensarbete var att med nya tillvägagångssätt konstruera en billig motoriserad handprotes. Genom att placera all elektronik på en distans från handen, inklusive motorn själv, var tanken att skapa ett system som är kompatibelt med de konstruktioner som Enabling the Future använder. För att förverkliga detta konstruerades en prototyp som testats. Prototypen använde sig av en muskelsensor som lät användaren kontrollera proteshanden genom att spänna sin arm. Distansen mellan de elektriska komponenterna och protesen var ungefär en och en halv meter, samtidigt som tillräckligt stor kraft kunde transporteras för att stänga handen med ett tillräckligt grepp.

The project evaluates how well a haptic device can be used to interact with a visualization of volumetric data. Since the interface to the haptic device require explicit surface descriptions, triangles had to be constructed from the volumetric data. The algorithm used to extract these triangles is marching cubes. The triangles produced by marching cubes are then transmitted to the haptic device to enable the force feedback. Marching cubes was suitable for parallelization and it was executed using OpenCL. Graphs in the report shows how this parallelization ran almost 70 times faster than the sequential CPU counterpart of the same algorithm. Further development of the project would give medical students the opportunity to practice difficult procedures on a simulation instead of a real patient. This would give a realistic and accurate simulation to practice on. / Projektet går ut på att utvärdera hur väl en haptisk utrustning går att använda för att interagera med en visualisering av volumetrisk data. Eftersom haptikutrustningen krävde explicit beskrivna ytor, krävdes först en triangelgenerering utifrån den volymetriska datan. Algoritmen som används till detta är marching cubes. Trianglarna som producerades med hjälp av marching cubes skickas sedan vidare till den haptiska utrustningen för att kunna få gensvar i form av krafter för att utnyttja sig av känsel och inte bara syn. Eftersom marching cubes lämpas för en parallelisering användes OpenCL för att snabba upp algoritmen. Grafer i projektet visar hur denna algoritm exekveras upp emot 70 gånger snabbare när algoritmen körs som en kernel i OpenCL istället för ekvensiellt på CPUn. Tanken är att när vidareutveckling av projektet har gjorts i god mån, kan detta användas av läkarstuderande där övning av svåra snitt kan ske i en verklighetstrogen simulering innan samma ingrepp utförs på en individ.