Mid-air haptic interfaces are promising tools for providing tactile feedback in Virtual Reality (VR) applications, as they do not require the user to be tethered to, hold, or wear any system or device. Currently, focused ultrasound phased arrays are the most mature solution for providing mid-air haptic feedback. They modulate the phase of an array of ultrasound emitters so as to generate focused points of oscillating high pressure, eliciting vibrotactile sensations when encountering a user's skin. While these arrays feature a reasonably large vertical workspace, they are not capable of displaying stimuli far beyond their horizontal limits, severely limiting their workspace in the lateral dimensions. In this paper, we propose an innovative low-cost solution for enlarging the workspace of focused ultrasound arrays. It features two degrees of freedom, rotating the array around the pan and tilt axes, thereby significantly increasing the usable workspace and enabling multi-directional feedback. Our hardware tests and human subject study in an ecological VR setting show a 14-fold increase in workspace volume, with focal point repositioning speeds over 0.85 m/s while delivering tactile feedback with positional accuracy below 18 mm. Finally, we propose a representative use case to exemplify the potential of our system for VR applications.

中文翻译：

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PUMAH : Pan-tilt Ultrasound Mid-Air Haptics 用于虚拟现实中更大的交互工作空间

空中触觉界面是在虚拟现实 (VR) 应用程序中提供触觉反馈的有前途的工具，因为它们不需要用户被束缚在、持有或佩戴任何系统或设备上。目前，聚焦超声相控阵是提供空中触觉反馈最成熟的解决方案。它们调节超声波发射器阵列的相位，以产生振荡高压的聚焦点，在遇到用户的皮肤时引发振动触觉。虽然这些阵列具有相当大的垂直工作空间，但它们无法显示远远超出其水平限制的刺激，严重限制了它们在横向尺寸上的工作空间。在本文中，我们提出了一种创新的低成本解决方案，用于扩大聚焦超声阵列的工作空间。它具有两个自由度，可围绕平移轴和俯仰轴旋转阵列，从而显着增加可用工作空间并实现多向反馈。我们在生态 VR 环境中的硬件测试和人体受试者研究表明，工作空间体积增加了 14 倍，焦点重新定位速度超过 0.85 m/s，同时提供定位精度低于 18 mm 的触觉反馈。最后，我们提出了一个具有代表性的用例来举例说明我们的系统在 VR 应用程序中的潜力。85 m/s，同时提供定位精度低于 18 mm 的触觉反馈。最后，我们提出了一个具有代表性的用例来举例说明我们的系统在 VR 应用程序中的潜力。85 m/s，同时提供定位精度低于 18 mm 的触觉反馈。最后，我们提出了一个具有代表性的用例来举例说明我们的系统在 VR 应用程序中的潜力。