Vibro-tactile feedback for enhancing embodiment in robot-avatar tele-operation

Tele-Operation can enable a robot to replicate operator’s movement, operating in inaccessible and hazardous environments. However, the presence of network-induced delay can deteriorate the embodiment evoked on the user during the operation. This master thesis, conducted into the Haptic Lab at Nagoya Institute of Technology, Japan, delves into a comprehensive examination of the adverse effect of network-induced delay on user’s embodiment and performance in robotic arm tele-operation. Starting from a meticulous examination of previous research and experiments, this thesis wants to bridge the gap in the field by proposing a solution to the detrimental effects of delay on user’s embodiment, proposing the implementation of a vibro-tactile feedback interface. The preliminary analysis of the existing literature brings to the design of a teleoperation system aimed at conducting experiment with the purpose of analysing the intricate relation between delay, user sense of embodiment and presence of vibro-tactile feedback. The experiments, accurately designed by considering the presence of human factors that are paramount in this type of applications, revealed a positive effect of vibro-tactile feedback in enhancing user’s embodiment especially in those cases in which the delay is substantial.

Le tele-operazioni consentono a bracci robotici di replicare i movimenti dell’operatore, in ambienti inaccessibili e pericolosi. Tuttavia, la presenza di latenza indotta dalle connessioni può deteriorare il senso di embodiment percepito dall’utente durante l’operazione. Questa tesi, condotta presso l’Haptic Lab del Nagoya Institute of Technology, Giappone, approfondisce un’ampia analisi degli effetti negativi della latenza sull’embodiment e sulle prestazioni dell’utente durante una tele-operazione con braccio robotico. Partendo da una accurata ricerca bibliografica, questa tesi intende colmare la lacuna nel campo proponendo una soluzione agli effetti dannosi del ritardo, tramite l’implementazione di un’interfaccia di feedback vibro-tattile. L’analisi preliminare della letteratura esistente porta alla progettazione di un sistema di tele-operazioni mirato a condurre esperimenti con lo scopo di analizzare l’intricata relazione tra ritardo, senso di embodiment, e presenza di feedback vibro-tattile. Gli esperimenti, accuratamente progettati tenendo conto dei fattori umani che sono fondamentali in questo tipo di applicazioni, hanno rivelato un effetto positivo del feedback vibro-tattile nel potenziare l’embodiment dell’utente, specialmente nei casi in cui il ritardo è sostanziale.