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Holographic acoustic elements for manipulating levitating particles. Applications in human-computer interaction
(2016) Marzo Pérez, Asier; Ardaiz Villanueva, Óscar; Ingeniería Matemática e Informática; Matematika eta Informatika Ingeniaritza
En esta tesis doctoral demostramos simultáneamente atrapamiento 3D, traslación y rotación de las partículas utilizando dispositivos de una sola cara. Esto se logra mediante el ajuste de manera óptima los retardos de fase usados para alimentar los transductores; de esta manera se generan estructuras acústicas sin precedentes y sin recurrir a lentes físicas, transductores hechos a medida o accionamiento mecánico. Nuestro método genera trampas óptimas en las posiciones deseadas con cualquier disposición espacial de los transductores; además, mejora significativamente los manipuladores anteriores. Presentamos tres trampas acústicas óptimas: trampas pinza, un nuevo fenómeno acústico que también puede rotar objetos; trampas tornado, cuyas capacidades de levitación se mostraron teóricamente y recientemente se observaron experimentalmente usando una lente acústica fija; y trampas en botella, que nunca han sido ni probadas ni sugeridas para levitar objetos. También introducimos el concepto de elementos holográficos acústicos basado en la interpretación de los retardos de fase como una placa holográfica que combina la codificación de elementos acústicos. Esta teoría permite el análisis y la generación eficiente de trampas acústicas, así como comparaciones con trampas ópticas. Este trabajo lleva las ventajas de la levitación óptica (es decir, un solo haz, rotación, control holográfico y múltiples partículas) a la eficiencia y versatilidad de la levitación acústica. Como resultado, esperamos el desarrollo de potentes rayos tractores, pantallas físicas 3D o control de micro-máquinas que están dentro de nuestro cuerpo. Nuevas aplicaciones en interacción hombre-máquina (IHM) se pueden derivar de la posibilidad de posicionar en medio del aire objetos a distancia e incluso a través de obstáculos. En la configuración más básica, movemos partículas sobre una superficie para pintar sobre la arena o líquidos a distancia y sin contacto. Un sistema más avanzado puede posicionar un par de objetos en 3D, esto nos permite representar funciones y posiciones de objetos tales como aviones o asteroides. El objetivo final sería crear un display compuesto de cientos de partículas que levitan de forma independiente para formar diferentes formas.
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PointerVol: a laser pointer for swept volumetric displays
(Association for Computing Machinery, 2024-10-11) Fernández Ortega, Unai Javier; Sarasate Azcona, Iosune; Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín; López-Amo Ocón, Manuel; Fernandez Fernandez, Ivan; Marzo Pérez, Asier; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika
A laser pointer is a commonly used device that does not require communication with the display system or modifications on the applications, the presenter can just take a pointer and start using it. When a laser pointer is used on a volumetric display, a line rather than a point appears, making it not suitable for pointing at 3D locations. PointerVol is a modified laser pointer that allows users to point to 3D positions inside a swept volumetric display. We propose two PointerVol implementations based on timing and distance measurements, we evaluate the pointing performance using them. Finally, we present other features such as multi-user pointing, line patterns and a multi-finger wearable. PointerVol is a simple device that can help to popularize volumetric displays, or at least to make them more usable for presentations with true-3D content.
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Acoustic virtual vortices with tunable orbital angular momentum for trapping of Mie particles
(American Physical Society, 2018) Marzo Pérez, Asier; Caleap, Mihai; Drinkwater, Bruce W.; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika
Acoustic vortices can transfer angular momentum and trap particles. Here, we show that particles trapped in airborne acoustic vortices orbit at high speeds, leading to dynamic instability and ejection. We demonstrate stable trapping inside acoustic vortices by generating sequences of short-pulsed vortices of equal helicity but opposite chirality. This produces a “virtual vortex” with an orbital angular momentum that can be tuned independently of the trapping force. We use this method to adjust the rotational speed of particles inside a vortex beam and, for the first time, create three-dimensional acoustics traps for particles of wavelength order (i.e., Mie particles).
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Using low-frequency sound to create non-contact sensations on and In the body
(Association for Computing Machinery, 2024-05-11) Hassan, Waseem; Marzo Pérez, Asier; Hornbæk, Kasper; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika
This paper proposes a method for generating non-contact sensations using low-frequency sound waves without requiring user instrumentation. This method leverages the fundamental acoustic response of a confined space to produce predictable pressure spatial distributions at low frequencies, called modes. These modes can be used to produce sensations either throughout the body, in localized areas of the body, or within the body. We first validate the location and strength of the modes simulated by acoustic modeling. Next, a perceptual study is conducted to show how different frequencies produce qualitatively different sensations across and within the participants' bodies. The low-frequency sound offers a new way of delivering non-contact sensations throughout the body. The results indicate a high accuracy for predicting sensations at specific body locations.
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Avatarians: playing with your friends' data
(Association for Computing Machinery, 2012) Marzo Pérez, Asier; Ardaiz Villanueva, Óscar; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
This article describes a new game mechanic called Game Entity Social Mapping (GESM) based on using social networking data fetched from a remote site about the player and his contacts to create characters, items or scenarios. A preliminary evaluation consisting of applying this mechanic to three different games was conducted. A small number of users tested those games to measure the enjoyment and learning about their contacts information.
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Acoustic lock: position and orientation trapping of non-spherical sub-wavelength particles in mid-air using a single-axis acoustic levitator
(American Institute of Physics, 2018) Cox, L; Croxford, A; Drinkwater, Bruce W.; Marzo Pérez, Asier; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika; Institute of Smart Cities - ISC
We demonstrate acoustic trapping in both position and orientation of a non-spherical particle of sub-wavelength size in mid-air. To do so, we multiplex in time a pseudo-one-dimensional vertical standing wave and a twin-trap; the vertical standing wave provides converging forces that trap in position, whereas the twin-trap applies a stabilising torque that locks the orientation. The device operates at 40 kHz, and the employed multiplexing ratio of the 2 acoustic fields is 100:50 (standing:twin) periods. This ratio can be changed to provide tunability of the relative trapping strength and converging torque. The torsional spring stiffness of the trap is measured through simulations and experiments with good agreement. Cubes from k/5.56 (1.5 mm) to k/2.5 (3.4 mm) side length were stably locked. We also apply this technique to lock different non-spherical particles in midair: cubes, pyramids, cylinders, and insects such as flies and crickets. This technique adds significant functionality to mid-air acoustic levitation and will enable applications in micro-scale manufacturing as well as containment of specimens for examination and 3D-scanning.
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Experimental evaluation of distortion in amplitude modulation techniques for parametric loudspeakers
(MDPI, 2020) San Martín Murugarren, Ricardo; Tello Santacana, Pablo; Valencia Leoz, Ana; Marzo Pérez, Asier; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Institute of Smart Cities - ISC; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
Parametric loudspeakers can generate a highly directional beam of sound, having applications in targeted audio delivery. Audible sound modulated into an ultrasonic carrier will get self-demodulated along the highly directive beam due to the non-linearity of air. This non-linear demodularization should be compensated to reduce audio distortion, different amplitude modulation techniques have been developed during the last years. However, some studies are only theoretical whereas others do not analyze the audio distortion in depth. Here, we present a detailed experimental evaluation of the frequency response, harmonic distortion and intermodulation distortion for various amplitude modulation techniques applied with different indices of modulation. We used a simple method to measure the audible signal that prevents the saturation of the microphones when the high levels of the ultrasonic carrier are present. This work could be useful for selecting predistortion techniques and indices of modulation for regular parametric arrays.
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Pasarela con tecnología híbrida corto / largo alcance para dispositivos médicos
(2009) Marzo Pérez, Asier; Serrano Arriezu, Luis Javier; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
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iNaturalist Arga: acercándonos a la biodiversidad de los ríos urbanos para aprender a cuidarlos
(Fundación Conama, 2021) González García, Esther; Peralta de Andrés, Francisco Javier; García, Mar; Alzueta, José; Fernández Escalada, Manuel; Marzo Pérez, Asier; Aliende, Andrea; Miguel, Jon; Alvira Guallart, María Aránzazu; Ciencias; Zientziak; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, CENEDUCA3-2019
La biodiversidad es un concepto que forma parte del currículo de la educación secundaria. Las herramientas TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación) colaborativas abiertas disponibles ofrecen nuevas posibilidades para el ampliar el conocimiento sobre biodiversidad de los estudiantes de secundaria y futuros ciudadanos. Este estudio utiliza la plataforma de ciencia ciudadana iNaturalist como herramienta de utilidad en el currículo sobre biodiversidad incluido en la educación secundaria obligatoria. En este contexto, se ha creado un proyecto en esta plataforma centrado en el río Arga que atraviesa la ciudad de Pamplona: https://www.inaturalist.org/projects/arga. El proyecto implica a centros de educación secundaria, formación profesional y educación ambiental para realizar observaciones sobre biodiversidad en el entorno dicho río. Su objetivo es mejorar el conocimiento de los estudiantes de educación secundaria del concepto biodiversidad así como del río, además de poner en valor este ecosistema fluvial en un entorno urbano en las futuras generaciones. El proyecto fue puesto en marcha en el curso 2019-2020 e incorpora 468 observaciones de 213 especies aportadas por 39 observadores y 140 identificadores han colaborado en su validación. Aunque la participación en ese curso fue limitada a un centro educativo como consecuencia de la pandemia COVID, esta experiencia ha servido como modelo para el futuro desarrollo del proyecto. En el curso 2020-2021 se vuelve a poner en marcha el proyecto ARGA con el objetivo de establecerse como una herramienta de referencia para la comunidad educativa y de conectar el sector educativo con la sociedad en torno al concepto biodiversidad para destacar su importancia en la calidad ambiental en medios urbanos.
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LeviPrint: contactless additive manufacturing using acoustic levitation with position and orientation control of elongated parts
(2021) Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín; Morales González, Rafael; Marzo Pérez, Asier; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika
LeviPrint assembles small objects in a contactless way using ultrasonic phased-arrays and optimization algorithms. We explore a set of methods that enables 6 Degrees-of-Freedom (DoF) control of elongated bodies. We then evaluate different ultrasonic arrangements to optimize the manipulation of these bodies. The combination of arrangements and optimization algorithms allow us to levitate, orientate and assemble complex objects. These techniques and arrangements can be leveraged for the microfabrication of electromechanical components and in-vivo additive manufacturing. We highlight the reduction of cross-contamination and the capability to manufacture inside closed containers from the outside.