Kit de ferramentas vibradores táteis e plataforma de simulação de condução para pesquisa relacionada à condução

De acordo com os dados revelados pelo Global Health Estimates em 2016, o acidente de trânsito é a oitava causa de mortes globais, levando a 1,4 milhão de mortes em todo o mundo¹. No ano de 2018, 39,2% dos acidentes de trânsito foram colisões com veículos automotores no transporte, e 7,2% foram colisões traseiras. Uma solução para aumentar a segurança dos veículos e das estradas é o desenvolvimento de um sistema avançado de assistência à condução (ADAS) para alertar os motoristas com potenciais riscos. Os dados mostraram que o ADAS pode reduzir consideravelmente a taxa de colisões traseiras, e é ainda mais eficaz quando equipado com um sistema de freio automático². Além disso, com o desenvolvimento de veículos autônomos, será necessário menor envolvimento humano para controlar o veículo, tornando necessário um sistema de alerta de retirada (TOR) quando o veículo autônomo não se regular. O design do sistema de alerta ADAS e TOR é agora uma importante peça de tecnologia para os motoristas evitarem acidentes iminentes em poucos segundos. O experimento exemplar usou um kit de ferramentas vibratório, juntamente com uma plataforma de simulação de condução para investigar qual local geraria o melhor resultado quando um sistema de alerta vibrotátil foi usado como um potencial sistema de alerta ADAS e TOR.

Categorizados por canais perceptivos, geralmente existem três tipos de modalidades de alerta, que são visuais, auditivas e táteis. Cada modalidade de advertência tem seus próprios méritos e limitações. Quando os sistemas de alerta visual estão em uso, os motoristas podem sofrer com a sobrecarga visual^3,prejudicando o desempenho de condução devido à cegueira desatenção^4,5. Embora um sistema de alerta auditivo não influencie o campo visual dos motoristas, sua eficácia depende muito do ambiente, como música de fundo e outros ruídos no ambiente de condução^6,7. Assim, situações que contenham outras informações auditivas externas ou ruídos significativos podem levar à surdez desatenção^8,9, reduzindo a eficácia de um sistema de alerta auditivo. Em comparação, os sistemas de alerta tátil não competem com o processamento visual ou auditivo dos motoristas. Ao enviar avisos vibrotáis aos motoristas, os sistemas de alerta tátil superam as limitações dos sistemas de alerta visual e auditivo.

Estudos anteriores mostraram que os avisos táteis podem beneficiar os motoristas, encurtando o tempo de resposta do freio. Verificou-se também que os sistemas de alerta táteis produzem um resultado mais efetivo sobre o visual^10,11 e auditivo^12,13,14 sistemas de alerta em determinadas situações. No entanto, pesquisas limitadas se concentraram em investigar o local ideal para a colocação de um dispositivo de alerta tátil. De acordo com a hipótese do córtex sensorial¹⁵ e a hipótese de distância sensorial^16,o estudo exemplar escolheu as áreas do dedo, pulso e templo como locais experimentais para a colocação de um dispositivo de alerta tátil. Com o protocolo introduzido, a frequência e o tempo de entrega de um aviso vibratório, e intervalos entre vibrações do kit de ferramentas vibratórias, podem ser configurados para atender aos requisitos experimentais. Este kit de ferramentas vibratório consistia de um chip mestre, um chip regulador de tensão, um multiplexer, um adaptador USB para Transistor-Transistor-Logic (TTL), um Transistor de Efeito de Campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET) e um módulo Bluetooth. O número de módulos vibratórios também pode variar de acordo com as necessidades dos pesquisadores, com até quatro módulos vibrando ao mesmo tempo. Ao implementar o kit de ferramentas vibratório nos experimentos relacionados à condução, ele pode ser configurado para se adequar às configurações experimentais, bem como sincronizado com dados de desempenho de condução, revisando os códigos da simulação de condução.

Enquanto para os pesquisadores, a realização de um experimento de condução em uma plataforma virtual é mais viável do que no mundo real devido ao risco e custo envolvidos. Por exemplo, a coleta de indicadores de desempenho pode ser difícil, e é difícil controlar os fatores ambientais envolvidos quando experimentos estão sendo conduzidos no mundo real. Como resultado, muitos estudos têm usado simuladores de direção de base fixa rodando em PCs nos últimos anos como alternativa para realizar estudos de condução em estrada. Depois de aprender, desenvolver e pesquisar por mais de 11 anos na comunidade de pesquisa de condução, estabelecemos uma plataforma de simulação de condução com um carro real que consiste em um software de simulação de condução de código aberto e um kit de hardware, incluindo um volante e caixa de velocidades, três pedais, três projetores montados e três telas de projetor. Com o software de simulação de condução suportando apenas uma única tela, o protocolo apresentado usou apenas o projetor central e a tela do projetor para realizar o experimento.

Existem duas grandes vantagens de usar a plataforma de simulação de condução apresentada. Uma vantagem desta plataforma é que ela usa um software de código aberto. Usando a plataforma de código aberto fácil de usar, os pesquisadores podem personalizar o kit de ferramentas de simulação e vibração para suas necessidades de pesquisa exclusivas, fazendo uma configuração de software simples sem qualquer desenvolvimento de código . Ao revisar os códigos, os pesquisadores podem criar simulações de condução que fornecem fidelidade relativa à realidade com muitas opções disponíveis em tipos de carros, tipos de estrada, resistência ao volante, turbulência de vento lateral e longitudinal, interfaces de programa de aplicativos de eventos de tempo e freio (APIs) para sincronização de software externo e implementação dos paradigmas comportamentais, como tarefa de seguir carro e tarefa N-Back. Embora a realização de pesquisas relacionadas à condução em um simulador de direção não possa replicar totalmente a condução no mundo real, os dados coletados através de um simulador de direção são razoáveis e têm sido amplamente adotados pelos pesquisadores^17,18.

Outra vantagem do simulador de direção proposto é o seu baixo custo. Como mencionado anteriormente, o software de simulação de condução introduzido é um software de código aberto que está disponível gratuitamente para os usuários. Além disso, o custo total de toda a configuração de hardware neste protocolo é menor se comparado aos simuladores típicos de direção comercial de alta fidelidade. Os números 1 a e b mostram a configuração completa de dois simuladores de direção com o custo que varia de US$ 3.000 a US$ 3.000. Em contraste, simuladores típicos de direção comercial de alta fidelidade (base fixa) geralmente custam em torno de US $ 10.000 a US $ 100.000. Com seu preço altamente acessível, este simulador de direção pode ser uma escolha popular não apenas para fins de pesquisa acadêmica, mas também para a realização de aulas de direção¹⁹ e para demonstração de tecnologias relacionadas à condução^20,21.

Figura 1: Uma imagem dos simuladores de direção. Ambos os simuladores de direção consistiam em um volante e caixa de câmbio, três pedais e um veículo. a Uma configuração de simulador de direção de US$ 3.000 que usou uma tela LCD de 80 polegadas com uma resolução de 3840 × 2160. (b) Uma configuração de simulador de direção de US$ 3.0000 que utilizou três projetores montados e três telas de projetor com uma dimensão de 223 x 126 cm cada. As telas de projeção foram colocadas 60 cm acima do solo e 22 cm de distância da frente do veículo. Apenas o projetor central e a tela do projetor foram usados para o experimento atual. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

O software de simulação de condução e o kit de ferramentas vibratórios no método proposto já foram utilizados em estudos anteriores por nossos pesquisadores^{22,23,24,25,26,27,28,29}. Este kit de ferramentas vibratórias auto-desenvolvido seguindo o padrão ISO³⁰ pode ser aplicado em diferentes campos^31,32 ajustando a frequência e intensidade de vibração. É importante notar que uma versão mais recente do kit de ferramentas vibratória foi desenvolvida e é introduzida no protocolo a seguir. Em vez de ajustar a frequência de vibração usando um adaptador de tensão ajustável, a versão mais recente é equipada com cinco frequências de vibração diferentes e pode ser mais fácil de ajustar usando os códigos fornecidos no Arquivo de Codificação Suplementar 1. Além disso, o simulador de direção apresentado fornece aos pesquisadores uma maneira segura, barata e eficaz de investigar vários tipos de pesquisas relacionadas à condução. Assim, este protocolo é adequado para laboratórios de pesquisa que têm um orçamento limitado e têm uma forte necessidade de personalizar ambientes experimentais de condução.

NOTA: Todos os métodos aqui descritos foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional (IRB) da Universidade de Tsinghua e o consentimento informado foi obtido de todos os participantes.

1. Participantes

1. Realize uma análise de poder para calcular o número necessário de participantes para recrutamento de acordo com o projeto experimental para alcançar o poder estatístico.
2. Equilibrar o sexo dos participantes durante o recrutamento tanto quanto possível.
3. Certifique-se de que os participantes tenham uma carteira de motorista válida e pelo menos um ano de experiência de condução.
4. Certifique-se de que os participantes tenham visão normal ou corrigida usando o gráfico de visão.
5. Certifique-se de que os participantes não consumiram álcool ou drogas que afetam as habilidades de condução dentro de 24 horas antes do experimento³³.

2. Configuração do software de simulação de condução

1. Digite a pasta do software de simulação de condução, seguido pela pasta Runtime e pela pasta Config. Em seguida, abra o arquivo "expconfig.txt" (ou seja, o caminho do arquivo deve ser "\torcs-1.3.3-Exp-2018-10-25\torcs-1.3.3\nuntime\config\").
2. Determine se deve aplicar qualquer configuração ou prosseguir com a simulação de condução usando as configurações padrão sem qualquer configuração recém-saída da caixa, referindo-se ao design experimental. A Tabela 1 mostra uma descrição detalhada das configurações padrão de todas as opções disponíveis.
   1. Prossiga para a Seção 3 do protocolo se não forem feitas alterações.

Tabela 1: Lista de configurações padrão para o software de simulação de condução. Uma lista dos valores padrão de todas as opções configuráveis associadas do software de simulação de condução, juntamente com uma descrição detalhada de cada opção.

3. Configure as configurações sobre como terminar o experimento com base na variável de controle decidida do design experimental.
   1. Decida se deve usar o relógio como um gatilho para terminar o experimento com a opção "endExpByTime =" usando o True ou o False como escolha de opções. Defina esta opção como False para replicar o estudo exemplar.
   2. Selecione se deve terminar o experimento com o tempo percorrido como um gatilho com a opção "endExpAfterMinute =" inserindo o número de minutos no formato com um lugar decimal. O tempo percorrido pode ser decidido inteiramente pelos pesquisadores. Entrada 12 para replicar o estudo exemplar.
   3. Defina se deve terminar o experimento com a distância percorrida como um gatilho com a opção "endExpByDist =" usando o True ou o False como escolha de opções. Observe que quando ambas as opções "endExpByTime =" e "endExpByDist =" forem definidas como True, o experimento terminará com a condição que é atendida primeiro. Defina esta opção para True para replicar o estudo exemplar.
   4. Use a opção "endExpAfterMeter =" para definir a distância percorrida da linha de partida em metros no formato com um lugar decimal. A distância percorrida pode ser decidida inteiramente pelos pesquisadores. Insumo 10000.0 para replicar o estudo exemplar.
4. Configure as configurações de vento para o ambiente de condução simulada de acordo com a velocidade do vento^34,35 projetada para o ambiente virtual e a carga cognitiva³⁶ a ser iniciada no experimento.
   1. Defina se ativar o vento frontal com intervalo e duração aleatórios com a opção "enableRandomFrontalWind =" usando True ou False como escolha de opções. Defina esta opção para True para replicar o estudo exemplar.
   2. Defina o intervalo de vento frontal mínimo e máximo com as opções "frontalWindIntervalMin =" e "frontalWindIntervalMax =" inserindo o número de segundos no formato com um lugar decimal, respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 3.0 e 13.0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
   3. Defina a duração mínima e máxima do vento frontal com as opções "frontalWindDurationMin =" e "frontalWindDurationMax =" inserindo o número de segundos no formato com um lugar decimal, respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 2.0 e 3.0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
   4. Defina a força mínima e máxima do vento frontal com as opções "frontalWindForceMin =" e "frontalWindForceMax =" indicando a quantidade de força em newton, respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 500,0 e 1.000,0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
   5. Escolha se habilita o vento lateral com intervalo e duração aleatórios com a opção "enableRandomLateralWind =" usando True ou False como escolha de opções. Definido como True para replicar o estudo exemplar.
   6. Defina o intervalo mínimo e máximo de força de vento lateral com as opções "lateralWindIntervalMin =" e "lateralWindIntervalMax =" inserindo o número de segundos no formato com um lugar decimal, respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 3.0 e 8.0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
   7. Defina a duração mínima e máxima do vento lateral com as opções "lateralWindDurationMin =" e "lateralWindDurationMax =" inserindo o número de segundos no formato com um lugar decimal, respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 2.0 e 3.0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
   8. Defina a força mínima e máxima do vento lateral com as opções "lateralWindForceMin =" e "lateralWindForceMax =" indicando a quantidade de força em newton, respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 1.000,0 e 2.000,0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
5. Configure as configurações para a tarefa simulada de seguir o carro de acordo com o design experimental e precisa^{de 35}.
   1. Defina a velocidade constante do veículo de chumbo em milhas por hora com um lugar decimal usando a opção "leadCarConstantSpeedMPH =". Entrada 40 para replicar o estudo exemplar.
   2. Defina a distância em metros com um lugar decimal entre o veículo líder e o veículo do motorista para acionar o veículo de chumbo para começar a esperar que o veículo do motorista se atualize, ou para retomar a condução, com as opções "leadDistToStartWaiting =" e " leadDistToStopWaiting =", respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 100,0 e 80,0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
   3. Defina o intervalo de tempo aleatório máximo e mínimo dos eventos de freio do veículo líder com as opções "leadCarBrakeIntervalTimeMin =" e "leadCarBrakeIntervalTimeMax= " inserindo o número de segundos no formato com um lugar decimal (por exemplo, 30,0 e 60,0), respectivamente. Use a configuração padrão (ou seja, 30,0 e 60,0, respectivamente) para replicar o estudo exemplar.
   4. Defina a duração do evento de freio com a opção "leadCarBrakeEventDuration =" digitando o número de segundos no formato com um lugar decimal. Use a configuração padrão (ou seja, 5.0) para replicar o estudo exemplar.
6. Configure as configurações para um som aleatório de notificação de mensagens curtas de acordo com o design experimental e as necessidades.
   1. Decida se ativar a notificação de serviço de mensagem curta (SMS) soa reproduzido com intervalos aleatórios com True ou False como a escolha de opções para a opção "enableRandomSMSSound =". Defina a opção de False para replicar o estudo exemplar.
   2. Defina o intervalo de tempo mínimo e máximo desde o início da primeira notificação de SMS até o início da segunda notificação de SMS usando as opções "randSMSIntervalMin =" e "randSMSIntervalMax=", indicando o número de segundos no formato com um lugar decimal (por exemplo, 5,0 e 10,0) respectivamente.
7. Configure as configurações para a tarefa N-back simulada³⁷ de acordo com o design experimental e as necessidades.
   1. Definir sons de número N-back para reproduzir com intervalos aleatórios com True ou False como a escolha de opções para a opção "enableRandomNbackSound =". Defina a opção de False para replicar o estudo exemplar.
   2. Defina o intervalo de tempo mínimo e máximo desde o deslocamento do primeiro som até o início do segundo som usando as opções "randNbackIntervalMin =" e "randNbackIntervalMax=" para indicar o número de segundos no formato com um lugar decimal (por exemplo, 5,0 e 10,0), respectivamente.
8. Configure as configurações UDP (User Datagram Protocol, protocolo de datagrama do usuário) se uma transferência de dados UDP for necessária para o experimento.
   1. Decida se habilita o UDP para transferência de dados, permitindo a sincronização de dados de carimbo de tempo para um endereço IP de rede local específico através da opção "enableUDPSendData =" usando True ou False como escolha de opções. Habilite esta opção para replicar o estudo exemplar.
   2. Selecione se habilita o UDP para transferência de dados para um endereço IP específico para um estudo de anúncio através da opção "enableUDPSendDataAdStudy =" usando True ou False como escolha de opções. Também é lembrado que essa opção está em conflito com o "enableUDPSendData =" e ambas as opções não podem ser definidas como True ao mesmo tempo. Defina a opção de False para replicar o estudo exemplar.
   3. Defina o endereço IP para a transferência UDP especificando cada seção do endereço IP usando "UDPTargetIPa1 =", "UDPTargetIPa2 =", "UDPTargetIPa3 =" e "UDPTargetIPa4 =".
   4. Indicar o número da porta de destino em "UDPTargetPort =".
   5. Defina a frequência para que os dados sejam enviados em "UDPcycleNumber =" com qualquer inteiro maior ou igual ao ciclo "1" no qual, cada ciclo é de 20 ms.
9. Configure a conexão modelo³⁸ da rede de filas UDP (QN) com referência ao design experimental e às necessidades.
   1. Defina se habilita ou não a simulação de unidade de modelo QN-Java na qual, o servidor E o cliente do UDP estão compartilhando o mesmo computador, com a opção "enableUDPQNConnection =" usando True ou False como escolha de opções. Desabilite esta opção para replicar o estudo exemplar.
   2. Indique o número da porta UDP QN para a porta de simulação sob a opção "UDPQNtoTORCSPort =".
   3. Indique o número da porta de simulação para a porta UDP QN sob a opção "UDPTORCStoQNPort =".
10. Configure se deve se conectar a um site para sinais de frenagem de acordo com o design experimental sob a opção "leadCarBrakingByWebCommand =" usando True ou False como escolha de opções. Observe que quando esta opção estiver definida como True, o "endExpByTime =" e "endExpAfterMinute =" pararão de funcionar. Defina a opção de False para replicar o estudo exemplar.
11. Defina se ativará a tarefa simulada de seguir o carro no modo de treinamento com o "enableCarFollowingTraining =" usando True ou False como escolha de opções.
    1. Defina o intervalo desde o último início do som de aviso até o próximo início sonoro de aviso do treinamento com a opção "carFollowingTrainingWarningInterval =" indicando o número de segundos com um lugar decimal (por exemplo, 2.0).
12. Salve o arquivo ao completar a configuração.

3. Preparação para simulador de direção

1. Conecte o volante e o projetor central (um projetor montado com uma proporção de 16:10, 192 – 240 Hz de atualização e processamento de cores de 8 bits) ao computador. Uma tela de projetor com uma dimensão de 223 x 126 cm foi colocada 60 cm acima do solo e 22 cm de distância da frente do veículo instrumentado.
2. Defina a resolução da tela em Opções | Display, para corresponder ao tamanho da tela ao iniciar o software de simulação de condução.
3. Digite a página Configurar para selecionar um jogador e siga as instruções fornecidas pelo software para calibrar o volante, acelerador e pedal de freio. Estes incluem girar o volante e pressionar o acelerador e o pedal de freio como instruído.

4. Configuração e preparação do kit de ferramentas vibratórios

1. Conecte o kit de ferramentas vibratórias à fonte de alimentação. Cada um dos quatro módulos tem uma dimensão de 67 x 57 x 29 mm. A Figura 2 mostra uma imagem do kit de ferramentas vibratórios.

Figura 2: Imagens do kit de ferramentas vibratórios. O kit de ferramentas vibratório consistia de quatro módulos individuais que podem ser ativados separadamente. Cada módulo tem uma dimensão de 67 x 57 x 29 mm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Ligue o kit de ferramentas vibratório e conecte o kit de ferramentas ao computador via Bluetooth.
3. Defina a frequência de vibração a ser usada para o experimento ao completar um teste piloto de sensibilidade à pele ou de acordo com as necessidades experimentais.
4. Defina a frequência de vibração para 70 Hz^39,40,41 usando os códigos fornecidos como Arquivo de Codificação Suplementar 1. Um total de cinco níveis de frequência (ou seja, 14Hz, 28Hz, 42Hz, 56Hz e 70Hz) estão atualmente disponíveis com cada estimulação de vibração que dura 0,5 s por padrão.
5. Use os códigos fornecidos como Arquivo de Codificação Suplementar 1 para sincronizar os eventos de freio do software de simulação de condução e do kit de ferramentas vibratórios. A Figura 3 mostra uma captura de tela rotulada dos códigos a serem revisados como referência.

Figura 3: Uma captura de tela rotulada dos códigos em Arquivo de Codificação Suplementar 1. A captura de tela rotulada de códigos pode ser usada como uma referência mais fácil para a configuração e preparação do kit de ferramentas vibratórios. Esses códigos são usados para definir a frequência de vibração do kit de ferramentas e para sincronizar os eventos de freio no software de simulação de condução e kit de ferramentas vibratórias para gerar avisos vibratórios. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Realização do experimento

1. Instrua os participantes a ler e assinar o termo de consentimento livre e esclarecido que introduz o processo experimental e declarar que o estudo deve avaliar o desempenho da condução na chegada ao laboratório.
2. Ajude os participantes a ajustar a distância do assento ao pedal e definir o encosto para uma posição confortável manualmente.
3. Ensine aos participantes como operar o simulador, incluindo o volante, pedal de freio e pedal do acelerador.
4. Instrua os participantes a dirigir como fariam no mundo real, seguindo o carro na frente deles e mantendo um avanço de dois segundos atrás dele. A Figura 4 mostra o roteiro usado para a simulação de condução.

Figura 4: Mapa de estrada usado para simulação de condução. A estrada utilizada é uma estrada de mão única com quatro curvas (comprimento máximo de 15.000 metros), três pistas e sem semáforos. O software de simulador de direção oferece outras opções de design de estrada, como opções para incluir placas de trânsito ou outdoors. Uma versão compatível com EEG também está disponível. Todos esses parâmetros podem ser ajustados, se necessário. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Informe os participantes a frear o mais rápido possível sempre que o veículo dianteiro frear, mesmo que o cenário não exija uma resposta ao freio. As lanternas traseiras do veículo dianteiro acenderão de acordo com a condução do mundo real para indicar um evento de freio.
6. Forneça aos participantes um teste prático de 5 minutos para aprender a manter uma distância de avanço de dois segundos atrás do veículo dianteiro. O ensaio prático inclui um conjunto de 5 freios aleatórios.
   1. Durante o teste prático, se os participantes estiverem menos de 1,5 s atrás do veículo dianteiro, o software de simulação de condução reproduzirá um prompt com uma voz feminina "muito perto, por favor, desacelere".
   2. Se os participantes estiverem entre 2,25 e 2,5 s atrás do veículo dianteiro, o software de simulação de condução reproduzirá um prompt com uma voz feminina "muito longe, por favor acelere".
   3. Não inclua dados do ensaio prático para a análise.
7. Informar os participantes que o estudo pode ser interrompido sem qualquer penalidade, notificando os experimentadores a qualquer momento, se necessário.
8. Inicie o experimento formal assim que os participantes tiverem concluído a sessão prática e possam manter uma distância estável após a distância.
9. Inicie a sessão experimental formal, que consiste em um total de quatro blocos (ou seja, dedo, pulso, templo e somente condução) com 13 eventos aleatórios de frenagem em cada bloco, resultando em um total de 52 ensaios experimentais. A ordem das condições é contrabalançada com o design da praça latina. Nenhuma voz é fornecida nos julgamentos formais.
10. Ajude os participantes a colocar o kit de ferramentas vibratórios usando fita médica antes de cada bloco de ensaios de acordo com as condições atribuídas. O kit de ferramentas vibratório (se usado) adverte os participantes a frear quando o veículo dianteiro está freando. As lanternas traseiras do veículo dianteiro são iluminadas toda vez que o veículo dianteiro freia.
11. Certifique-se de que os participantes recebam um descanso de 2 minutos após a conclusão de cada bloco para reduzir os efeitos de transferência.
12. Pergunte aos participantes sua localização preferida para o kit de ferramentas vibratório e a intensidade de vibração percebida com uma escala likert de 7 pontos após a conclusão de todos os ensaios. A taxa de uso de cada acessórios vestíveis diários (ou seja, relógio, óculos, fones de ouvido e anel) também é registrada. Na escala de preferência para a localização do kit de ferramentas vibratório, "1" representa "menos favorito" e "7" representa "o mais favorito", enquanto na escala de intensidade de vibração "1" representa "sentimento fraco" e "7" representa "sentimento forte".

6. Análise de dados

1. Colete os dados de comportamento de condução dos participantes a 50 Hz usando o software de simulação de condução, incluindo o tempo de resposta do freio, velocidade do veículo, taxa de inversão do volante, posição de faixa (SDLP) e distância de avanço, etc.
2. Realize a análise dos dados do desempenho dos motoristas.
   1. Realize uma análise outlier utilizando a distribuição normal com corte como três desvios padrão da média para determinar quais dados devem ser incluídos para análise posterior.
   2. Calcule o tempo de resposta do freio subtraindo o tempo em que o veículo participante freia (ou seja, uma redução mínima de 1% do pedal do freio^36,42) a partir do momento em que o veículo dianteiro começa a frear.
   3. Rotule os dados como "sem resposta ao freio" se o tempo de resposta do freio for maior ou igual a 5 s (ou seja, uma falha no freio dentro de 5 s após os freios do veículo dianteiro).
   4. Divida o número de freios bem sucedidos pelo número total de freios realizados pelo veículo dianteiro para calcular a taxa de resposta ao freio.
   5. Média de todos os valores de cada participante para obter a taxa média de resposta do freio e o tempo de resposta do freio de cada condição e calcular o desvio padrão sobre esses valores para análises posteriores.

O estudo exemplar relatado neste artigo conduziu a tarefa de seguir o carro utilizando o simulador de direção e o kit de ferramentas vibrantes, que também foi publicado anteriormente em uma revista acadêmica22. Vale ressaltar que a versão mais antiga do kit de ferramentas vibratórias foi usada na condução do estudo exemplar, enquanto uma nova versão do kit de ferramentas vibratórias foi introduzida no protocolo acima. O estudo foi um experimento de design de dentro do assunto com localização de aviso vibratória como o único fator: dedo, pulso, condições de aviso do templo e condição somente de condução como controle. Cada condição consistiu em 13 eventos aleatórios de freio, resultando em um total de 52 ensaios experimentais. A ordem das condições foi contrabalançada com o desenho da praça latina e todos os participantes foram submetidos às quatro condições durante o experimento.

O estudo exemplar também incluiu uma pesquisa que registrou a localização preferida dos participantes para a colocação do kit de ferramentas vibratórios e a intensidade de vibração percebida de cada local (ou seja, dedo, pulso e templo) com uma escala likert de 7 pontos após a conclusão de todos os ensaios. A taxa de uso de acessórios vestíveis diários (ou seja, relógio, óculos, fones de ouvido e anel) também foi registrada.

Como não houve meta-análise prévia como referência para determinar o tamanho amostral para o estudo exemplar, ao concluir a análise de potência com o tamanho médio do efeito (ηp2 = 0,06)43,44, 23 participantes foram obrigados a atingir 80% de potência e 30 participantes foram obrigados a atingir 90% de potência. Um total de 28 participantes com visão normal ou corrigida para o normal, uma carteira de motorista válida e experiência de condução por mais de um ano foram recrutados da comunidade do bairro da Universidade de Tsinghua. Quatro participantes foram excluídos da análise dos dados, com um participante retirando-se do estudo, e três participantes não seguiram a instrução experimental. Uma análise outlier também foi realizada utilizando uma distribuição normal com corte como três desvios padrão da média. Os restantes 24 participantes (17 homens e 7 mulheres) incluídos para análise de dados têm idade média de 23,88 anos com desvio padrão de 6,62 anos, cumprindo o tamanho mínimo da amostra exigida (ou seja, 23 participantes). Instruções para o experimento foram dadas a cada participante e um termo de consentimento assinado foi obtido de todos os participantes após sua chegada ao laboratório. Todos os participantes estavam cientes do propósito deste experimento e não relataram nenhuma preocupação após a conclusão dos ensaios práticos antes do início do experimento real.

O experimento de simulação de condução ocorreu em um ambiente brilhante, com a cena simulada projetada semelhante à condução na rodovia em um dia claro. A Figura 5 mostra uma captura de tela do ambiente simulado que foi utilizada no estudo exemplar. Foi definido apenas para habilitar a tarefa simulada de seguir o carro com cada teste com duração de 12 minutos. O veículo líder foi definido para avançar a uma velocidade média de 60,4 km/h, e o intervalo de tempo para os freios aleatórios do veículo dianteiro foi definido como 30 a 60 s com duração de cada evento de freio de 5 s. A aceleração média do veículo dianteiro foi de 0,6 m/s2, que passou pelas configurações padrão35.

Figura 5: Uma captura de tela do ambiente de simulação de condução. O experimento de simulação de condução ocorreu em um ambiente brilhante. As lanternas traseiras do veículo dianteiro acendem quando o veículo dianteiro freia. A parte inferior da tela mostra aos motoristas a engrenagem e a velocidade do veículo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

As configurações de vento frontal e lateral foram habilitadas e definidas para permanecer como as configurações padrão. O intervalo mínimo e máximo de vento frontal, duração do vento e força do vento frontal foram 3 s e 13 s, 2 s e 3 s, e 500 N e 1.000 N,respectivamente 36. O intervalo mínimo e máximo de vento lateral, duração do vento e força do vento lateral foram 3 s e 8 s, 2 s e 3 s, e 1.000 N e 2.000 N,respectivamente 36.

Uma análise de medidas repetidas de variância (ANOVA unidirecional) na taxa de resposta ao freio mostrou que o efeito das quatro condições de tarefa foi significativo, F(3,69) = 3,08, p = 0,049, ηp2 = 0,31. Análises pós-hoc utilizando testes tcorrigidos por Bonferroni não indicaram nenhuma diferença significativa de comparação em termos de pares (como ilustrado na Figura 6).

Figura 6: Taxa de resposta ao freio. Taxa média de resposta ao freio entre os participantes sob cada uma das quatro condições (ou seja, dedo, pulso, templo e somente condução). As barras de erro representam desvios padrão. Este número foi modificado a partir de Zhu et al.22. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A análise do tempo de resposta ao freio utilizando ANOVA unidirecional gerou resultados significativos, F(3,69) = 4,76, p < 0,01, ηp2 = 0,17. Após a conclusão dos testes tcorrigidos por Bonferroni, o tempo de resposta do freio registrado foi significativamente menor quando a tarefa foi realizada com o kit de ferramentas vibratório localizado no dedo dos participantes (M = 1,04 s, SD = 0,35 s) e pulso (M = 1,00 s, SD = 0,33 s) em comparação com a condição de condução somente (M = 1,29 s, DP = 0,36 s) com p = 0,004 e p = 0,008, respectivamente. No entanto, nenhum resultado significativo foi encontrado quando os participantes estavam dirigindo com o kit de ferramentas vibratório localizado na área do templo em comparação com a condição de condução somente (M = 1,08 s, DP = 0,50 s), p = 0,22. Em relação à Figura 7,os resultados apontaram que a aplicação de avisos táteis poderia facilitar as reações dos motoristas em relação aos próximos perigos durante a condução, especialmente quando o dispositivo de aviso estava localizado no dedo ou pulso dos motoristas.

Figura 7: Tempo de resposta do freio. Tempo médio de resposta ao freio em segundos entre os participantes sob cada uma das quatro condições (ou seja, dedo, pulso, templo e somente condução). As barras de erro representam desvios padrão. Este número foi modificado a partir de Zhu et al.22. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A análise da preferência pelo local de alerta (ou seja, dedo, pulso e templo) mostrou efeito significativo, F(2,46) = 7,05, p < 0,01, ηp2 = 0,23. Os testes tcorrigidos por Bonferroni pós-hoc foram, portanto, também realizados. Os resultados indicaram uma preferência significativa pelo dedo (M = 4,88, DP = 1,75) e pulso (M = 4,83, DP = 1,31) do que a área do templo(M = 3,13, DP = 2,05) onde p = 0,03 e p = 0,02, respectivamente. Não houve diferença significativa entre os locais do dedo e do pulso(p = 1,0). Além disso, foi encontrado um efeito significativo para a intensidade percebida de vibração dos participantes para os três locais, F(2,46) = 7,37, p < 0,01, ηp2 = 0,24. Os participantes perceberam o mais alto nível de vibração na área do templo. No entanto, análises posteriores mostraram que o nível de vibração percebido foi apenas significativamente inferior à área do templo (M = 5,75, DP = 1,42) quando o kit de ferramentas vibratória estava localizado no pulso (M = 4,17, DP = 0,92), p < 0,01. Quando o kit de ferramentas vibratórias foi localizado no dedo (M = 4,71, DP = 1,63), não mostrou diferença significativa nem com a área do templo (p = 0,09) nem o pulso(p = 0,56). Curiosamente, como mostrado na Figura 8, enquanto os participantes perceberam o maior nível de vibração na área do templo, a preferência pelo kit de ferramentas vibratórios a ser localizado na área do templo foi a menor.

Figura 8: Classificações subjetivas sobre preferência por locais de alerta e intensidade percebida de vibração entre os participantes. Localização de aviso preferencial média em uma escala de 1 (menos favorito) a 7 (mais favorito) contra intensidade média percebida de vibração em uma escala de 1 (sentimento fraco) a 7 (sentimento forte) para a área do dedo, pulso e templo de todos os participantes. As barras de erro representam desvios padrão. Este número foi modificado a partir de Zhu et al.22. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Por fim, a análise sobre o uso de acessórios vestíveis diários (ou seja, relógio, óculos, fones de ouvido e anel) entre os participantes refletiu que mais de 50% dos participantes usavam um relógio em seu cotidiano, sugerindo a viabilidade de adotar dispositivos vibrotactiles vestíveis como sistema de alerta na vida real (como ilustrado na Figura 9).

Figura 9: Uso de acessórios vestíveis diários entre os participantes. Porcentagem média de uso diário para cada um dos quatro acessórios vestíveis (ou seja, relógios, óculos, fones de ouvido e anéis). Este número foi modificado a partir de Zhu et al.22. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Com vários acessórios inteligentes vestíveis, como anéis inteligentes, smartwatches e óculos inteligentes agora disponíveis no mercado, a aplicação de avisos táteis em acessórios vestíveis está logo ali. A pesquisa atual confirmou a eficácia dos dispositivos vibrotactile vestíveis como um valioso sistema de alerta para facilitar o tempo de resposta ao freio emergente dos motoristas. O tempo médio de resposta ao freio foi reduzido em 297 ms, 251 ms e 210 ms por usar os dispositivos vibrotactile no pulso, dedo e templo, respectivamente, em comparação com o não uso de um dispositivo de aviso tátil. Os resultados atuais mostraram que os avisos vibratórios entregues no pulso produziram o tempo de resposta mais rápido do freio, resultando em uma queda de 23% no tempo de resposta do freio em comparação com o não recebimento de qualquer aviso tátil. No entanto, outros fatores como sexo46,idade 46,47anos e diferenças individuais48,49 na sensibilidade tátil também podem afetar a eficácia dos avisos táteis. Uma investigação mais aprofundada que inclua mais fatores é, portanto, necessária para determinar o local ideal para a colocação dos dispositivos de alerta táteis. Os achados não apenas indicaram o valor do desenvolvimento de dispositivos vibrotactile vestíveis, mas também propuseram uma forma alternativa potencial de sistema de alerta de colisão frontal tátil que seja menos caro, mais viável e altamente operacional em comparação com outros sistemas de alerta táteis, como assento de vibração10 ou colete de vibração50.

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Os autores declararam não divulgação financeira ou conflitos de interesse.