A language of tactile motion instructions for physical activities

Spelmezan, Daniel; Borchers, Jan Oliver

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-37331

A language of tactile motion instructions for physical activities = Eine Sprache von taktilen Bewegungsanweisungen für physische Aktivitäten

Spelmezan, Daniel (Author)

2011

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Daniel Spelmezan

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangXXIII, 255 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Borchers, Jan Oliver (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-06-28

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-37331
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64648/files/3733.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Tastwahrnehmung (Genormte SW) ; Taktiler Reiz (Genormte SW) ; Kunstsprache (Genormte SW) ; Mensch-Maschine-System (Genormte SW) ; Mensch-Maschine-Kommunikation (Genormte SW) ; Mensch-Maschine-Schnittstelle (Genormte SW) ; Training (Genormte SW) ; Sport (Genormte SW) ; Sportliche Aktivität (Genormte SW) ; Sportler (Genormte SW) ; Sportliche Leistung (Genormte SW) ; Intelligente Bekleidung (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; Wearable Computer (frei) ; taktile Sprache (frei) ; taktiles Feedback (frei) ; intuitive Interpretation (frei) ; physische Aktivität (frei) ; tragbarer Snowboardassistent (frei) ; human-computer interaction (frei) ; tactile feedback (frei) ; physical activities (frei) ; sports training (frei) ; snowboarding (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004
ccs: H.5.2 * H.5

Kurzfassung
Sportler profitieren während des Trainings von unmittelbarer und häufiger Rückmeldung zu ihrer Leistung. Aus diesem Grund versuchen Trainer Anweisungen und Rückmeldung vor, während, und unmittelbar nach einer Übung zu geben, und zwar über mehrere Sinneskanäle: Sie erklären und demonstrieren die korrekte Ausführung der Bewegungen, und sie helfen dem Sportler per Hand, den Körper in die richtige Stellung zu bringen. Allerdings sind Sportler in vielen Situationen räumlich von ihren Trainern entfernt, so dass sie Rückmeldungen nur nach der Übung erhalten. Des Weiteren erfahren sie keine taktile Rückmeldung durch die Berührung der Trainer. Diese Dissertation untersucht, wie künstliche taktile Reize Anweisungen und Rückmeldung während der Ausführung physischer Aktivitäten geben können. Diese taktilen Reize werden taktile Bewegungsanweisungen genannt. Sie stimulieren bestimmte Körperstellen um zu vermitteln, wie man sich bewegen und wie man die Körperhaltung korrigieren soll. In mehreren empirischen Untersuchungen wurde untersucht, welche Körperbewegungen sich durch taktile Bewegungsanweisungen intuitiv repräsentieren lassen und wie diese Reize wahrgenommen werden. Diese Untersuchungen wurden mit entspannter Körperhaltung und während der Ausübung physisch und kognitiv belastender Aktivitäten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die entworfenen taktilen Bewegungsanweisungen mit hoher Genauigkeit wahrgenommen und erkannt werden können. Insbesondere können sie zu schnelleren Reaktionszeiten führen als über Kopfhörer übermittelte Sprachanweisungen. Taktile Bewegungsanweisungen bilden eine einfache Sprache, in der eine Folge von Bewegungsanweisungen eine Abfolge von Körperbewegungen repräsentieren kann. In einer Feldstudie mit Snowboardfahrern wurde demonstriert, dass diese taktile Sprache beim Erlernen motorischer Fähigkeiten helfen kann. Dazu wurden taktile Bewegungsanweisungen während der Abfahrt beim Üben einer neuen Fahrtechnik eingesetzt. Diese Dissertation hat erstmalig untersucht, welche taktilen Reize mit Körperbewegungen assoziiert werden und welche Reize als Bewegungsanweisungen verwendet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die Wahrnehmung und Interpretation der untersuchten Reize haben zu einem Leitfaden für den Entwurf von taktilen Bewegungsanweisungen geführt. Diese Forschungsergebnisse können auch in anderen Domänen angewendet werden, in denen unmittelbare Rückmeldung zu Fehlhaltungen während der Ausübung physischer Aktivitäten nicht dargeboten werden kann. Zum Beispiel könnten taktile Bewegungsanweisungen helfen, Verletzungen in unbeaufsichtigten Situationen im Alltag vorzubeugen. Außerdem könnten sie auch in der Rehabilitation für die Wiedererlangung von motorischen Fähigkeiten eingesetzt werden. In dieser Arbeit wird auch ein tragbares System vorgestellt, das es erlaubt, einfache Körperbewegungen zu messen und künstliche taktile Reize am Körper zu generieren. Dieses System diente als Grundlage für die Entwicklung der taktilen Bewegungsanweisungen und deren Untersuchung in realen Bedingungen. Basierend darauf wurde als Beispiel der erste tragbare Assistent für Snowboardtraining entwickelt, der während der Abfahrt bestimmte Bewegungen des Fahrers messen, interpretieren, und taktile Bewegungsanweisungen als Rückmeldung geben kann.

Athletes benefit from immediate and frequent feedback on their performance during training. Therefore, coaches try to provide instructions and feedback over multiple sensory channels before, during, and immediately after an exercise: they explain and demonstrate how to move the body, and they move the athletes' bodies into correct position. In many situations, however, athletes only receive feedback after performing an exercise because they are spatially separated from their coaches. Also, they do not experience tactile feedback through the coaches' hands. To overcome these limitations, this work proposes and investigates artificial tactile stimuli for providing instructions and feedback on performance in realtime. These tactile signals are called tactile motion instructions. They stimulate specific body locations to communicate how to move and how to adjust the posture. Empirical studies conducted in static and in active situations informed the iterative design and the evaluation of a general set of tactile motion instructions that can represent body movements in an intuitive way. These tactile instructions can be perceived and recognized with high accuracy in situations that are cognitively and physically demanding. In particular, they can lead to faster response times to move the body than spoken instructions that are conveyed over earplugs. Tactile motion instructions constitute a simple language where sequentially triggered instructions can guide athletes during sequences of body movements. Using snowboarding as an example, a field study conducted with snowboarders who experienced tactile motion instructions while practicing a new riding technique demonstrated that this tactile language can help athletes to learn motor skills. This work is the first investigation into the intuitive interpretation of full-body tactile stimuli that can instruct how to move the body during physical activities. The insights into the perception and recognition of these stimuli in stationary and in active situations lead to guidelines for designing tactile motion instructions. Besides sports training, the findings from this research can be applied to various domains where immediate feedback on incorrect posture is typically missing or impracticable, such as to prevent injuries in unsupervised situations during daily physical activities, or to enhance rehabilitative exercises for regaining lost motor skills. This dissertation also presents a custom-built wearable and wireless sensor and actuator system. This system enabled the design of tactile motion instructions and their evaluation in real-world conditions, and demonstrated that sensing and classifying posture and body movements while snowboarding is possible in realtime. This system resulted in the first wearable assistant for snowboard training that automatically provided tactile motion instructions during descents.

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