As pesquisas com estimuladores táteis têm utilizado atuadores eletro-táteis e vibro-táteis. As sensações produzidas pelas estimulações eletro-táteis podem ser tanto confortáveis (vibratórias) quanto desconfortáveis (picadas). A estimulação eletro-tátil pode produzir uma sensação de picada desconfortável mesmo em níveis moderados de estimulação, se formas de onda ou eletrodos impróprios forem utilizados. O nível máximo de aceitação da sensação de picada limita a corrente de estimulação e, portanto a faixa dinâmica útil, ou seja, a faixa que vai desde que se sente o estímulo até onde se começa a sentir dor (KACZMAREK
et al, 1992). As pessoas descrevem as sensações eletro-táteis qualitativamente como um tipo
de zumbido, coceira, vibração, toque, pressão, beliscão, dor aguda e ardência, dependendo da tensão, corrente e forma de onda de estimulação, tamanho e material do eletrodo, força do contato, localização, espessura e hidratação da pele (KACZMAREK et al, 1991).
Os tipos mais comuns de atuadores vibro-táteis são os tipos inerciais, lineares e piezoelétricos.
A maioria dos dispositivos de ajuda vibro-táteis portáteis utiliza transdutores inerciais, que são os mais comumente utilizados em telefones celulares. Neste tipo de transdutores, uma massa é suspensa por uma mola, ou haste flexível, fixada em uma caixa selada que envolve todo o estimulador, conforme ilustrado na Figura 3.4. A Figura 3.5 ilustra o atuador comercial VBW32 da empresa Audiological Engineering Corporation (AEC) com construção similar ao modelo apresentado na Figura 3.4.
Os atuadores VBW32 são pequenos, pesando 6 g e medindo 2,5 cm x 1,9cm x 1,1 cm. Podem produzir amplitudes de até 50 dB SL, e têm uma resposta de frequência máxima de 250 Hz (fonte: www.tactaid.com).
Os atuadores lineares podem produzir eficientemente uma faixa de frequências de 0,1 Hz a 300 Hz, e são, consequentemente, apropriados para estudos da percepção tátil (CHOLEWIAK e WOLLOWITZ, 1992). Os atuadores lineares não são facilmente adaptados para a construção de dispositivos práticos devido às suas dimensões, peso e elevado consumo.
Figura 3- 4 Construção de um atuador inercial (CHOLEWIAK & WOLLOWITZ, 1992)
Figura 3- 5 AEC TACTAID VBW32 atuador com jack de 3,5 mm
A Figura 3.6 ilustra a construção típica de um transdutor linear. Por Exemplo: o B& K 4810 mede aproximadamente 10 cm de altura, 10 cm no diâmetro e pesa 1,1 kg (CHOLEWIAK e WOLLOWITZ, 1992). Estas características dos atuadores lineares os tornam desinteressante em relação aos atuadores inerciais, para pesquisas táteis com pessoas.
Figura 3- 6 Construção típica de um transdutor linear, adapatdo de CHAN (2004)
O C2 Tactor da Engineering Acoustics Incorporated (www.eaiinfo.com) é um atuador linear, que foi projetado com pouco peso em relação aos grandes atuadores lineares de laboratórios (MORTIMER, 2006). O contato no dispositivo é uma massa que se movimenta e que é montada acima da carcaça, para tocar à pele. A massa movimenta-se de forma perpendicular ao contato da pele. A Figura 3.7 estão ilustrados os detalhes construtivos do atuador C2.
Os transdutores piezoelétricos podem se contrair e expandir quando submetidos a uma tensão elétrica. Em um exemplo dado por BLISS et al (1970), duas camadas das ligas piezocerâmicas são revestidas com camadas finas condutivas de Níquel, e uma folha fina de bronze de condução é colocada entre as duas camadas (veja detalhes na Figura 3.8). Quando uma tensão é aplicada entre a camada condutora de níquel e o bronze, a camada superior se contrai longitudinalmente e a camada inferior se expande longitudinalmente. Com isso, o mecanismo dobra-se para cima, fazendo levantar o pino do estimulador.
Figura 3- 8 Transdutor piezoelétrico. Fonte: (BLISS et al, 1970)
Quando ocorre uma inversão na polaridade da tensão, ocorre o inverso, a camada inferior se contrai e a superior se expande, fazendo abaixar o pino do estimulador. Isto significa que os transdutores piezoelétricos quando submetidos a uma corrente elétrica alternada provocam uma vibração no pino do estimulador. Contudo, os transdutores piezoelétricos tendem a serem usados em aplicações estáticas. Uma matriz de transdutores piezoeléctricos pode ser usada para gerar caracteres Braille levantando e abaixando os pinos do estimulator, como demonstrado em BENALI-KHOUDJA et al (2004).
3.4.1 Dispositivos táteis típicos
Os dispositivos táteis são dispositivos projetados para a comunicação tátil com as pontas dos dedos, de forma a provocar alguma sensação de pressão, calor ou vibração. As configurações mais comuns destes equipamentos são descritas a seguir.
Atuadores pneumáticos: utilizam pequenas bolsas de ar sob os dedos, que ao inflarem provocam pressão sobre os dedos dando a sensação de que o usuário tocou em algum objeto. Com a pressão, as bolsas de ar inflam de acordo com a simulação desejada no mundo virtual.
Eletrodos: produzem descargas elétricas controladas a fim de estimular seletivamente os receptores da pele. Podem dar ótimos resultados, mas são de difícil implementação (ASAMURA et al, 1998; KAJIMOTO et al, 2003).
Atuadores vibratórios: produzem vibrações sobre a pele. Estas vibrações podem ser produzidas por dispositivos como micro alto-falantes ou por materiais piezoelétricos (IKEI, 1997).
Matrizes bidimensionais de pontos: tocam a pele com o intuito de produzir uma sensação de pressão que reproduza a forma de um objeto. Cada um destes pinos pode ser visto como um estimulador tátil ou um tactor, também conhecido como monitor tátil. A implementação destes tactors pode ser feita, também, com jatos de ar (AMEMIYA e TANAKA, 1999).
3.4.2 Dispositivos Hápticos
O tato é o único dos sentidos que permite entrada e saída de informação simultaneamente, ou seja, a interação é bidirecional. Ao manipular um objeto qualquer, o usuário tanto recebe informação do mesmo (forma, peso, textura etc.) como também pode gerar informações (mover, rodar, deformar o objeto etc.), por exemplo. A visão e a audição apenas recebem a informação. As interfaces de computadores convencionais utilizam interação em uma única direção, como o mouse e teclado. Porém, uma interface reativa, que suporte os sentidos do tato, pode tirar muito proveito da bidirecionalidade da interação, aumentando sensivelmente a largura de banda na transferência de informação entre o usuário e a interface. Esses tipos de interfaces são conhecidas como interface hápticas, uma vez que expressa mecanismos diferentes de percepção do tato (calor, frio, força, movimentos e
vibrações), e normalmente ligados a área de computação. As pesquisas com dispositivos hápticos é uma área recente e ainda tem muito a ser feito.
3.4.3 Escolha do dispositivo tátil para esta pesquisa
Os requisitos principais estabelecidos para a escolha do atuador vibro-tátil para este trabalho, entre as tecnologias disponíveis para os dispositivos, foram os seguintes: leve, pequeno, barato e com facilidade para aquisição. Além de atender a estes requisitos, escolhemos trabalhar com o atuador de TACTAID VBW32 (Figura 3.5) também pelo fato de já existir alguma experiência quanto ao seu uso no LIMC (Laboratório de Instrumentação e Metrologia Científicas) do DEE (Departamento de Engenharia Elétrica) / UFCG.