Localized surface vibrations through waves insulation

Human-computer interaction is described as the interaction and communication between human users and machines, dynamic technical systems, via human-machine interfaces. An interface defines the way the users interact with the system, what they do, and how it responds. More precisely, an interface is that interaction through which the user exploits the machine and gets explanation about which approach is necessary to use its functions. Hence, an interface can be considered a mediating structure between user and the machine. This thesis proposes a novel human-computer interaction through a vibrating surface, exploiting the semi-active isolation paradigm used to cancel the vibrations upon parts of a surface. The system's objective is to discriminate four portions of a surface using four exciters and four accelerometers coordinated through a microcontroller. Our idea is to exploit the semi-active paradigm in a particular way, that is to isolate the vibrations only in determined portions of the surface and not all over it. First, a brief introduction over the human-computer interaction and the theory regarding vibrations and waves' propagation is presented. Then follows a discussion about the choices made for the hardware components and software implementation, focusing on the algorithms to acquire measurements through the accelerometers and to produce vibrations using the exciters. After introducing the implementation of the system, the Android application developed to communicate with the prototype via a Bluetooth module is described. In the end, some tests done to prove the system's functionality and some possible upgrades to make it more reliable are presented. This work has been sponsored by a research and development department of Samsung Electronics Italia managed by designers who played the role of technology and application consultant during the development of the prototype. The product of this work is a prototype of an interaction between the user and a device and it is entirely property of Samsung Electronics Italia. The modalities of the cooperation are regulated by an NDA signed by both parties - Samsung Electronics Italia and Politecnico di Milano - in order to protect the intellectual property of research and application prototype.

L’interazione uomo-macchina è descritta come l’interazione e comunicazione tra gli utenti e i computer tramite una specifica interfaccia. Un’interfaccia è definita dal modo con cui gli utenti interagiscono con il sistema, cosa fanno per interfacciarsi con esso, e come il sistema risponde ai loro input. Più precisamente, una interfaccia è l’interazione tramite la quale l’utente utilizza la macchina e acquisisce conoscenza necessaria per sfruttare le sue funzioni. Infatti, un’interfaccia può essere considerata come il mezzo che permette l’interazione tra l’utente e la macchina. Questa tesi propone una nuova interazione uomo-macchina tramite l’utilizzo di vibrazioni prodotte su una superficie. Esso sfrutta il paradigma dell’isolamento semi attivo utilizzato per cancellare le vibrazioni in differenti aree della superficie. L’obiettivo del sistema è discriminare quattro aree di una superficie utilizzando quattro eccitatori e quattro accelerometri coordinati da un microprocessore. L’idea è di sfruttare il paradigma dell’isolamento semi attivo in un modo particolare: isolare le vibrazioni solo in alcune zone e non su tutta la superficie. Inizialmente, verrà presentato una breve introduzione sull’interazione uomo-macchina, sulle teorie delle vibrazioni e delle propagazione delle onde in un mezzo solido. Seguirà una discussione sulle scelte fatte per le implementazioni hardware e software, concentrandoci sugli algoritmi per la misurazione delle vibrazioni tramite gli accelerometri e per la generazione di vibrazioni utilizzando gli eccitatori. Dopo aver introdotto l’implementazione del sistema, viene presentata l’applicazione Android sviluppata per la comunicazione con il sistema via Bluetooth. Infine verranno mostrate alcune prove per dimostrare l’efficacia del sistema e saranno introdotti alcuni possibili miglioramenti per rendere il sistema più affidabile e preciso. Questo lavoro è stato sponsorizzato dal dipartimento di ricerca e sviluppo di Samsung Electronics Italia gestito da designers che hanno avuto il ruolo di consulenti per la tecnologia e l’applicazione del prototipo durante il suo sviluppo. Il prodotto di questo lavoro è un prototipo di interazione tra l’utente e un dispositivo ed è completamente di proprietà di Samsung Electronics Italia. Le modalità di cooperazione sono regolate da un accordo di riservatezza firmato da entrambe le parti - Samsung Electronics Italia e Politecnico di Milano - in modo da proteggere la proprietà intellettuale della ricerca e dell’applicazione del prototipo.