Φορετός Βραχίονας Μεταβιβάζει Τεχνητές Αισθήσεις Αφής

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα Άτλαντικ έχουν πραγματοποιήσει μια νέα και πρωτοποριακή μελέτη με ανατροφοδότηση αισθήσεων αφής, έλεγχο ηλεκτρομυογράμματος (EMG) και φορέσιμο μαλακό ρομποτικό βραχίονα που μπορεί να βοηθήσει δραματικά τους χρήστες προθετικών χεριών. Τα νέα ευρήματα θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο θα ελέγχονται τα μελλοντικά τεχνητά χέρια από τους χρήστες.

Οι ερευνητές στο κολλέγιο Μηχανικής και Επιστημών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών του πανεπιστημίου εργάστηκαν μαζί με το κολλέγιο Επιστημών Τσαρλς Ε. Σμιντ για να διερευνήσουν αν οι άνθρωποι θα μπορούσαν να ελέγχουν με ακρίβεια τις δυνάμεις πίεσης που εφαρμόζονται σε δύο διαφορετικά αντικείμενα που συλλαμβάνονται ταυτόχρονα με ένα τεχνητό χέρι.

Η ομάδα εξέτασε επίσης πώς η οπτική ανατροφοδότηση θα μπορούσε να βοηθήσει το σύνθετο μοντέλο πολυδιεργασιών με τη συστηματική αποκλεισμό οπτικής και αισθητικής ανατροφοδότησης. Μελέτησαν επίσης πώς ένα πείραμα μεταφοράς αντικειμένων θα μπορούσε να σώσει χρόνο και να σχεδιάσει einen πολυχανάλι φορέσιμο μαλακό ρομποτικό βραχίονα που θα μπορούσε να μεταβιβάσει τεχνητές αισθήσεις αφής στους χρήστες ρομποτικών χεριών.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Scientific Reports.

Χρησιμοποιεί Πολλαπλά Канάλια Αισθητικής Ανατροφοδότησης

Η έρευνα απέδειξε ότι πολλαπλά κανάλια αισθητικής ανατροφοδότησης επέτρεψαν στους χρήστες να συλλαμβάνουν και να μεταφέρουν δύο αντικείμενα ταυτόχρονα με το δεξιοστό τεχνητό χέρι. Μπορούσαν να εκτελέσουν αυτές τις εργασίες χωρίς να σπάσουν ή να πέσουν τα αντικείμενα, ακόμη και όταν οι χρήστες είχαν την όρασή τους εμποδισμένη.

Η νέα προσέγγιση βελτίωσε επίσης τον χρόνο που απαιτείται για τη μεταφορά και την παράδοση και των δύο αντικειμένων, και οι χρήστες αξιολόγησαν ποιοτικά την αισθητική ανατροφοδότηση ως σημαντικότερη από την οπτική ανατροφοδότηση.

Ο Erik Engeberg, Ph.D., είναι ο συγγραφέας, καθηγητής και μέλος του Κέντρου Συμπλεγμένων Συστημάτων και Επιστημών του Εγκεφάλου, I-SENSE, και του Ινστιτούτου Εγκεφάλου Stiles-Nicholson.

“Η μελέτη μας είναι η πρώτη που αποδεικνύει τη δυνατότητα αυτής της σύνθετης ταυτόχρονης ελέγχου εργασίας ενώ ενσωματώνει πολλαπλά κανάλια αισθητικής ανατροφοδότησης μη εισβολικά,” είπε ο Engeberg. “Κανένας από τους συμμετέχοντες στη μελέτη μας δεν είχε σημαντική προηγούμενη χρήση EMG-ελεγχόμενων τεχνητών χεριών, και όμως ήταν σε θέση να μάθουν να εκμεταλλεύονται αυτή τη λειτουργία πολυδιεργασιών μετά από δύο σύντομα μαθήματα εκπαίδευσης.”

Σχεδιασμός Προσαρμοσμένου Ρομποτικού Βραχίονα

Η ερευνητική ομάδα παρείχε αισθητική ανατροφοδότηση εργαζόμενη στο έλεγχο EMG και στο σχεδιασμό του προσαρμοσμένου μαλακού ρομποτικού βραχίονα. Συνεργάστηκαν με τον Emmanuelle Tognoli, Ph.D., ο οποίος είναι συν-συγγραφέας και ερευνητικός καθηγητής στο Τμήμα Ψυχολογίας και Κέντρο Συμπλεγμένων Συστημάτων και Επιστημών του Εγκεφάλου.

Η ομάδα τοποθέτησε τον βραχίονα με μαλακούς ενεργοποιητές, οι οποίοι βοήθησαν να μεταβιβάσουν μια αναλογική αίσθηση επαφής. Περιλάμβαναν επίσης vibrotactile stimulators για να δείξουν αν τα συλλαμβανόμενα αντικείμενα είχαν σπάσει.

Τρεις τοποθεσίες στο βραχίονα σχεδιάστηκαν για αισθητική ανατροφοδότηση: ο αντίχειρας, ο δείκτης και ο μικρός δάκτυλος. Αυτές οι τρεις περιοχές είναι αρκετές για να μεταβιβάσουν τη δύναμη που εφαρμόζεται και στα δύο αντικείμενα που συλλαμβάνονται από το χέρι. Ο βραχίονας έχει επίσης τρεις αεροθαλάμους που αντιστοιχούν αναλογικά σε ένα από τα τρία BioTacs, τα οποία είναι τοποθετημένα στα δάκτυλα του χεριού. Εκτός από όλα αυτά, ο βραχίονας έχει τρεις vibrotactile ενεργοποιητές που δείχνουν στον χρήστη αν τα αντικείμενα είχαν σπάσει.

Ο Moaed A. Abd είναι ο πρώτος συγγραφέας και φοιτητής διδακτορικού στο Τμήμα Ωκεανογραφίας και Μηχανικής του FAU.

“Παραδείγματα πολυδιεργασιών που αποδείχθηκαν στη μελέτη μας περιλαμβάνουν τον αναλογικό έλεγχο μιας κάρτας που πιέζεται μεταξύ του δείκτη και του μεσαίου δακτύλου την ίδια στιγμή που ο αντίχειρας και ο μικρός δάκτυλος χρησιμοποιούνται για να ξεσφαλίσουν το καπάκι ενός μπουκαλιού νερού. Ένα άλλο παράδειγμα ταυτόχρονου ελέγχου ήταν με μια μπάλα που συλλαμβάνεται με τρία δάκτυλα ενώ ο μικρός δάκτυλος χρησιμοποιείται ταυτόχρονα για να ενεργοποιήσει ένα διακόπτη φωτός,” είπε ο Abd.

Η νέα πρωτοποριακή μελέτη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να επιτρέψει σε άτομα που λείπουν από άνω άκρα να ακολουθήσουν επαγγελματικές σταδιοδρομίες και άλλες αναψυχατικές δραστηριότητες.

Η Stella Batalama, Ph.D., είναι dziekan στο Κολλέγιο Μηχανικής και Επιστημών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών.

“Η ενεργοποίηση του εξευγενισμένου δεξιοστού ελέγχου είναι ένα πολύ σύνθετο πρόβλημα να λυθεί και συνεχίζει να είναι ένα ενεργό πεδίο έρευνας επειδή απαιτεί όχι μόνο την ερμηνεία των ανθρώπινων προθέσεων ελέγχου συλλαμβανόμενων, αλλά και συμπληρωματική αισθητική ανατροφοδότηση αισθήσεων αφής,” είπε η Batalama. “Με αυτή τη πρωτοποριακή μελέτη, οι ερευνητές μας αντιμετωπίζουν την απώλεια αισθήσεων αφής, η οποία είναι目前 ένα σημαντικό εμπόδιο στην αποτροπή ατόμων που λείπουν από άνω άκρα από την πολυδιεργασία ή την χρήση της πλήρους δεξιοστίας των προθετικών χεριών τους.”