Doktoraty Wydziału IET

mgr inż. Krzysztof Boroń

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrzej Kos (AGH)
Dyscyplina: Elektronika

W rozprawie doktorskiej autor opisał wykonane urządzenie: „termiczną matrycę odczytową dla niewidomych”, za pomocą której osoba niewidoma poprzez dotykanie punktów o wybranej temperaturze może poczuć ciepłe lub zimne znaki i rozpoznać prezentowaną grafikę lub tekst. Urządzenie bazuje na innowacyjnym wykorzystaniu mikromodułów Peltiera jako punktów dotykowych.

Jako tezę niniejszej rozprawy doktorskiej autor przedstawia następujące twierdzenie:

Zastosowanie odwracalnych źródeł ciepła w termicznej matrycy odczytowej dla niewidomych polepsza postrzeganie znaków i symboli graficznych, a także przyczynia się do oszczędności energii zasilania.

Do najważniejszych osiągnięć pracy badawczej można zaliczyć przede wszystkim:

• Wykonanie pięciu wersji urządzenia generującego znaki cieplne. W kolejnych wersjach udoskonalano urządzenie w celu umożliwienia jak najłatwiejszego rozpoznawania obrazów termicznych. Ostatnim wykonanym prototypem termicznej protezy dla niewidomych jest termiczny ekran dotykowy zawierający niemal trzysta mikromodułów Peltiera. Urządzenie przystosowano do przeprowadzenia testów przez osoby niewidome. Zapewniono zwartą obudowę, gładki ekran dotykowy oraz wykonano program komputerowy służący do nauki rozpoznawania znaków cieplnych.
• Przeprowadzenie ćwiczeń z udziałem osób niewidomych. Po wykonaniu każdego układu generującego znaki cieplne przeprowadzano ćwiczenia z udziałem osób niewidomych oraz konsultowano dalsze prace badawcze z ich opiekunami. Dla poprawnego rozpoznania termicznych obrazków podczas trzeciego - ostatniego spotkania osoba niewidoma potrzebowała przeciętnie 32 sekundy a poprawność odczytu wynosiła 86 %.
• Opracowanie modelu termicznego wybranych części dłoni oraz termicznego ekranu dotykowego dla niewidomych. Bazując na czwartym urządzeniu przeprowadzono pomiary i wyliczenia parametrów termicznych rezystancji termicznej i pojemności cieplnej mikromodułu Peltiera oraz fragmentu skóry dłoni. Zmierzone parametry wybranych fragmentów skóry dłoni świadczą o tym, że właściwości termiczne skóry człowieka mogą różnić się w zależności od cech personalnych i od miejsca przeprowadzania pomiaru. Środkowa część opuszki palca wskazującego w każdym pomiarze charakteryzowała się największą wartością rezystancji termicznej ze wszystkich zmierzonych. Czynnikiem wpływającym na wartości pomiarów są cechy fizjologiczne skóry takie jak pocenie się i termoregulacja, oraz siła z jaką użytkownik dociska palec do urządzenia.
• Na szczególną uwagę zasługuje opracowany sposób pomiaru temperatury górnej – dotykanej powierzchni mikromodułu Peltiera. Wykorzystanie zjawiska Seebecka pozwoliło na stabilizacje temperatury powierzchni dotykanej co okazało się koniecznością w związku z oddziaływaniem ze skórą użytkownika.

Zastosowanie mikromodułów Peltiera, czyli odwracalnych źródeł ciepła, pozwoliło na pomiar oraz stabilizację temperatury punktów dotykowych. Wprowadzone rozwiązanie umożliwia ustawienie temperatury punktów dotykowych na wartość niższą niż temperatura otoczenia. Umożliwia to wytworzenie obrazów termicznych składających się z punktów ciepłych i punktów zimnych oraz regenerację temperatury skóry, która może się zmienić podczas długotrwałej pracy z urządzeniem. Elektryczne pompy ciepła dostarczają do strony ciepłej więcej mocy cieplnej niż rezystory lub diody ponieważ poza ciepłem Joule’a do strony ciepłej wpływa także strumień ciepła zgodnie ze zjawiskiem Peltiera. Przyczynia się to do oszczędności energii zasilania w porównaniu do rozwiązań opartych na rezystorach lub diodach za pomocą których również można generować obrazy termiczne. Opracowane rozwiązania problemu postrzegania znaków termicznych przez niewidomych zostały zastosowane w mobilnym systemie bezpieczeństwa dla niewidomych MOBIAN.

Autoreferat: autoref_boron.pdf

Ważniejsze publikacje:

1. Krzysztof BOROŃ, Andrzej KOS, „Thermal model of selected parts of human hand and thermal touch screen for the blind”, Metrology and Measurement Systems; ISSN 0860-8229. 2012 Vol. XIX No. 3, s. 593-602
2. Krzysztof BOROŃ, Piotr BRATEK, Andrzej KOS, “Graphical touch screen of thermal signs for the blind people – clinic test”s, Microelectronics International; ISSN 1356-5362. — 2007 vol. 24 no. 2 s. 23–2
3. Krzysztof BOROŃ, Zbigniew MAGOŃSKI, Andrzej KOS, ”Peltier modules array on common alumina substrate for the blind – thermal and electrical tests”, Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania (Warszawa); ISSN 0033-2089, 2007 R. 48 nr 12 s. 33–36.
4. Krzysztof BOROŃ, Wojciech GELMUDA, Andrzej KOS, „Mobile Safety System for the Blind”, Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania (Warszawa); ISSN 0033-2089, 2011 R. 52 nr 3 s. 79–81.