Bærbar Armbånd Overfører Kunstige Berøringsfornemmelser

Forskere ved Florida Atlantic University har gennemført en ny og innovativ studie med haptisk/berøringsfornemmelse tilbagekopling, elektromyogram (EMG)-styring og et bærbart blødt robotarmbånd, der kan hjælpe brugere af protesehænder dramatisk. De nye resultater kan ændre måden, hvorpå fremtidige kunstige hænder styres af brugerne på.

Forskerne ved universitetets College of Engineering and Computer Science arbejdede sammen med FAU’s Charles E. Schmidt College of Science for at undersøge, om mennesker kunne styre grebskræfterne præcist, der blev anvendt på to forskellige objekter, der blev grebet samtidigt med en kunstig hånd.

Holdet undersøgte også, hvordan visuel tilbagekopling kunne hjælpe den komplekse multitasking-model ved systematisk at blokere visuel og haptisk tilbagekopling. De studerede også, hvordan et samtidigt objekttransport-eksperiment kunne spare tid og satte sig for at designe et multikanal-bærbar-blødt-robotarmbånd, der kunne overføre kunstige berøringsfornemmelser til brugerne af de robotiske hænder.

Studieresultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Scientific Reports.

Bruger Flere Kanaler af Haptisk Tilbagekopling

Studiet viste, at flere kanaler af haptisk tilbagekopling muliggjorde, at brugerne kunne gribe og transportere to objekter samtidigt med den dygtige kunstige hånd. De kunne udføre disse opgaver uden at bryde eller tabe objekterne, hvilket også var tilfældet, når brugerne havde deres syn blokeret.

Den nye tilgang forbedrede også tiden, der var nødvendig for at transportere og levere begge objekter, og brugerne vurderede kvalitativt haptisk tilbagekopling som betydeligt vigtigere end visuel tilbagekopling.

Erik Engeberg, Ph.D., er hovedforfatter, professor og medlem af FAU’s Center for Complex Systems and Brain Sciences, I-SENSE og FAU Stiles-Nicholson Brain Institute.

“Vores studie er den første, der demonstrerer muligheden for denne komplekse samtidige kontrol-opgave, mens der integreres flere kanaler af haptisk tilbagekopling non-invasivt,” sagde Engeberg. “Ingen af vores studie-deltagere havde væsentlig tidligere brug af EMG-styrede kunstige hænder, men de kunne alligevel lære at udnytte denne multitasking-funktion efter to korte træningssessioner.”

Design af Tilpasset Fabrikeret Robotarmbånd

Forskningsholdet gav haptisk tilbagekopling ved at arbejde med EMG-styring og design af det tilpassede fabrikerede bløde robotarmbånd. De samarbejdede med Emmanuelle Tognoli, Ph.D., der er medforfatter og forskningsprofessor ved FAU’s Department of Psychology og Center for Complex Systems and Brain Sciences.

Holdet udstyrede armbåndet med bløde aktuatorer, der hjalp med at overføre en proportional fornemmelse af kontaktkræfter. De inkluderede også vibrotaktil stimulatorer for at indikere, om de grebne objekter var brudt.

Tre lokaliteter på armbåndet var designet til haptisk tilbagekopling: tommelfingeren, pegefingeren og lillefingeren. Disse tre områder er tilstrækkelige til at overføre kraften, der blev anvendt på begge objekter, der blev grebet af hånden. Armbåndet har også tre luftkamre, der hver proportionalt svarer til en af de tre BioTacs, der er monteret på fingertoppene af hånden. Ud over alt dette har armbåndet tre vibrotaktil aktuatorer, der angiver til brugeren, om objekterne var brudt.

Moaed A. Abd er første forfatter og Ph.D.-studerende ved FAU’s Department of Ocean and Mechanical Engineering.

“Eksempler på multifunktionskontrol, der blev demonstreret i vores studie, inkluderede proportional kontrol af et kort, der blev klippet mellem pege- og mellemfingrene på samme tid, som tommelfingeren og lillefingeren blev brugt til at skrue låget af en vandflaske. Et andet samtidigt kontrol-demonstration var med en bold, der blev grebet med tre fingre, mens lillefingeren samtidigt blev brugt til at skifte en lyskontakt,” sagde Abd.

Den nye innovative studie kan bruges til at enable upper limb-absent personer til at forfølge karriereveje og andre fritidsaktiviteter.

Stella Batalama, Ph.D., er dekan ved FAU College of Engineering and Computer Science.

“At enable fin dexterous kontrol er et meget komplekst problem at løse og fortsat et aktivt forskningsområde, fordi det kræver ikke kun fortolkning af menneskelig grebskontrol-intention, men også komplementær haptisk tilbagekopling af taktil fornemmelse,” sagde Batalama. “Med denne innovative studie, adresserer vores forskere tabet af taktil fornemmelse, der i øjeblikket er en stor hindring for at forhindre upper limb-absent personer i at udføre multitasking eller bruge den fulde dexteritet af deres protesehænder.”