Психофизический набор данных по вибротактильному дополненному восприятию

Почему ощущение вибраций важно

Когда вы поднимаете чашку или чувствуете вибрацию телефона, ваше осязание незаметно направляет каждое движение. Для людей, использующих искусственные конечности или нуждающихся в помощи при ориентировании в пространстве, восстановление части этого тактильного чувства может изменить жизнь. В этой статье представлен новый подробный набор данных о том, как люди ощущают вибрации на коже. Он создан, чтобы помочь инженерам и ученым разрабатывать лучшие носимые устройства, которые «общаются» с телом через мягкую вибрацию, что потенциально улучшит протезы рук, средства помощи равновесию и навигационные устройства для людей с нарушением зрения.

Пояс, который «говорит» с телом

Исследователи создали на первый взгляд простой, но тщательно продуманный вибрационный пояс с пятью миниатюрными моторами, расположенными по всей талии. Включая моторы по одиночке или парами и изменяя силу их вибрации, команда сформировала 51 различимую вибрационную паттерн. Сорок здоровых взрослых участников носили пояс в двух отдельных сессиях с интервалом в несколько дней или недель. В каждой сессии они прошли 255 испытаний: ощущали по одному паттерну и затем указывали, где на животе они ощущали вибрацию и насколько сильной она была, а также оценивали уверенность в ответе и время, затраченное на решение.

Преобразование ощущений в данные

Чтобы зафиксировать ощущения участников точно и интуитивно, команда использовала на экране полукруг, представляющий переднюю часть живота. Участники кликали по этому полукругу, чтобы указать воспринимаемое местоположение и силу вибрации: положение отображалось углом, а сила — расстоянием от центра. Они также оценивали свою уверенность и затем заполняли анкету о усталости, умственных затратах и о том, насколько, по их мнению, вибрации передавали информацию. Всё это, вместе со временем каждого испытания, было сохранено в структурированном виде, чтобы последующий анализ мог проследить, как люди ощущали и принимали решения, момент за моментом, в ходе сотен вибраций.

Кто участвовал и что измеряли

В исследовании приняли участие 20 женщин и 20 мужчин с показателями возраста, роста и веса, сопоставимыми с типичными взрослыми в Иране. Для каждого участника исследователи зафиксировали базовые антропометрические данные и пошли дальше: с помощью теста состава тела оценили мышцы, жир, воду и связанные показатели. Пояс также настраивали под каждого человека: сначала определяли минимальную силу вибрации каждого мотора, при которой он ощущается, а затем задавали низкий, средний и высокий уровни вокруг этой точки. Такая тщательная настройка помогает будущим пользователям набора данных исследовать, как тип телосложения и индивидуальная чувствительность влияют на восприятие вибраций.

От сырых кликов к чистому ресурсу

За кадром команда проделала значительную работу по преобразованию сырых записей в отшлифованный набор данных. Каждый клик по полукругу был преобразован из пикселей экрана в углы и расстояния, затем нормализован, чтобы разные экраны и настройки не влияли на результаты. Небольшое число кликов, попавших чуть за пределы полукруга, аккуратно скорректировали обратно на его край, чтобы сохранить геометрию. Личные данные, такие как имена и точные даты, были удалены, а идентификаторы участников перераспределены для защиты конфиденциальности. Итоговая коллекция, сохраненная в удобных для использования файлах-таблицах, включает результаты калибровки, ответы по каждому испытанию, анкеты и информацию об участниках — всё готово для анализа.

Насколько надёжны эти вибрации?

Авторы тщательно проверили, насколько их данные устойчивы во времени и между людьми. Они сопоставили результаты двух сессий и обнаружили сходные паттерны в том, где участники кликали, сколько времени тратили на ответы и как оценивали уверенность, что указывает на стабильность ответов, а не на случайность. Распределение ответов также показало естественную симметрию по телу, а участники с похожими паттернами вибраций имели схожее время реакции и уровни уверенности. В совокупности эти проверки показывают, что набор данных и последовательный, и представительный, что делает его прочной основой для будущих исследований.

Что это значит для будущих тактильных технологий

В своей сущности эта статья не представляет готового устройства, а предлагает мощный набор инструментов для других. Предоставив большой, хорошо документированный набор данных по вибротактильному восприятию в открытом доступе, авторы дают исследователям исходный материал для построения и проверки моделей того, как люди ощущают вибрации, как эти ощущения различаются между людьми и как лучше кодировать информацию через осязание. В долгосрочной перспективе эти знания могут помочь разработчикам создавать более естественные и информативные вибрационные паттерны для протезов, навигационных поясов, предупреждающих жилетов и многих других вспомогательных устройств — возвращая более интуитивное ощущение прикосновения в технологии, взаимодействующие с человеческим телом.

Цитирование: Hamidifard, M., Nikfarjad, S., Pirmohammadi, H. et al. A Psychophysical Dataset for Vibrotactile Augmented Perception. Sci Data 13, 474 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06843-x

Ключевые слова: вибротактильная обратная связь, тактильное восприятие, сенсорная обратная связь для протезов, гаптические интерфейсы, взаимодействие человека и робота