使用全身觸覺反饋系統(tǒng)增強(qiáng)飛行員在訓(xùn)練中的感知能力
隨著現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計越來越先進(jìn)和復(fù)雜,，飛行員的在飛行中的任務(wù)更加趨向于監(jiān)測和控制這些日益復(fù)雜的系統(tǒng),。長時間的飛行訓(xùn)練任務(wù)將有可能導(dǎo)致飛行員出現(xiàn)高腦力負(fù)荷,、感官超負(fù)荷甚至情境意識受損等情況的發(fā)生,。為此研究人員正在探索增強(qiáng)飛行員感知和認(rèn)知的方法,，虛擬現(xiàn)實,、增強(qiáng)現(xiàn)實,、觸覺反饋等新興技術(shù)的興起為他們應(yīng)對這些挑戰(zhàn)提供了新的思路,。
馬里蘭大學(xué)擴(kuò)展現(xiàn)實飛行模擬和控制實驗室的一組研究人員最近進(jìn)行了一項關(guān)于使用全身觸覺反饋服向飛行員提供觸覺反饋提示的研究,。他們的目標(biāo)是開發(fā)觸覺提示算法,，以增強(qiáng)飛行員的感知能力，提高他們控制飛機(jī)的能力,，特別是在視覺降級的環(huán)境中（如大霧環(huán)境）,。
全身觸覺反饋服使用電肌肉刺激來迫使飛行員在低能見度飛行場景中向左或向右機(jī)動。
這項研究集中在閉環(huán)補償跟蹤任務(wù)上,，在任務(wù)中,，飛行員可根據(jù)所要求的指令和可比較的飛行器輸出運動之間的誤差來訓(xùn)練控制動作。
在傳統(tǒng)訓(xùn)練中,，關(guān)于操作的錯誤的信息是通過視覺顯示器呈現(xiàn)給飛行員的,。這項研究的目的是用全身觸覺顯示器取代或增強(qiáng)傳統(tǒng)的視覺顯示器所給出的提示信息。
研究人員在實驗中使用了TESLASUIT全身觸覺反饋套裝,，向飛行員提供局部肌肉電刺激（EMS）反饋,。他們開發(fā)了基于期望和實際飛機(jī)運動之間誤差的由比例導(dǎo)數(shù)控制的觸覺提示算法。這些算法將被用來提示飛行員“需要具體向什么方向調(diào)整控制裝置到多少角度,，以使誤差最小化,。”
研究員正在測試新的基于運動的虛擬現(xiàn)實模擬器和全身觸覺套裝,，該系統(tǒng)通過提供觸覺刺激幫助飛行員檢測飛機(jī)的運動與方向,。
用于跟蹤任務(wù)的控制器是羅技X52 Pro操縱桿。操縱桿有三個自由度：左/右、前/后和扭轉(zhuǎn),。而視野限制裝置（“霧罩”）被用于模擬在低能見度環(huán)境中飛行員的視野,。
研究人員測試了三種觸覺提示模式：僅觸覺反饋，僅視覺反饋,，以及視覺和觸覺相結(jié)合的反饋,。他們還在正常和降級的視覺環(huán)境中測試了組合反饋測試。包括一名試飛員在內(nèi)的四名受試者參加了此次涉及補償性跟蹤任務(wù)的實驗,，在實驗中受試者需控制飛機(jī)以指令給出的特定滾轉(zhuǎn)角度進(jìn)行飛行,。
結(jié)果
結(jié)果表明，當(dāng)單獨使用觸覺反饋時,，具有PD控制的全身觸覺提示能夠為任務(wù)提供令人滿意的性能,。當(dāng)與視覺反饋結(jié)合時，觸覺反饋也提高了性能,，尤其是在視覺退化的情況下,。與單獨使用視覺反饋相比，觸覺反饋的加入,，讓測試對象能夠?qū)崿F(xiàn)相似或更好的跟蹤誤差,、穩(wěn)定裕度和交叉頻率表現(xiàn) ??????????????????????????????????。
在經(jīng)過測試的試飛員的報告中提到,，觸覺反饋的加入讓他感覺模擬訓(xùn)練更加自然,，有助于恢復(fù)跟蹤誤差及其變化率的感覺，特別是在視覺降級時,。然而,，飛行員也注意到，與單獨使用視覺反饋相比,，將觸覺反饋與視覺反饋結(jié)合使用時,，有時會使他們對聽覺噪聲的敏感度增加，從而增加腦力負(fù)荷,。造成這種情況的原因是當(dāng)飛行員接收到的感覺線索不一致時,，他們將很難決定優(yōu)先處理哪一個。
經(jīng)過反復(fù)試驗與測試,，最終研究人員得出以下結(jié)論,，將全身觸覺反饋加入到飛行訓(xùn)練之中有助于增強(qiáng)飛行員的感知和控制能力，特別是在視覺反饋有限的情況下,。然而,，他們還需要做更多的工作來完善提示算法，探索不同難度和動態(tài)水平的任務(wù),，調(diào)查音頻提示和多種類型的提示之間的相互作用,，并進(jìn)一步量化飛行員訓(xùn)練時腦部工作負(fù)荷的影響,。總的來說,，TESLASUIT的觸覺技術(shù)可以幫助飛行員增強(qiáng)在飛行訓(xùn)練中提升情景意識,，減少精神負(fù)擔(dān)，并提高飛行員在控制下一代飛機(jī)飛行時的安全性,。
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