Wearable Armband Conveys Artificial Sensations of Touch

Tutkijat Floridan Atlantic Universityssa ovat suorittaneet uuden ja innovatiivisen tutkimuksen, jossa on käytetty haptista/tunnemaisen palautteen, sähköistä lihasliikkeen ohjausta (EMG) ja wearable-pehmeää robottihaarukkaa, joka voi dramaattisesti auttaa proteesikäsien käyttäjiä. Uudet löydökset voivat muuttaa tapaa, jolla tulevaisuuden keinotekoiset kädet ohjataan. 

Yliopiston College of Engineering and Computer Science -tutkijat työskentelivät yhdessä FAU:n Charles E. Schmidt College of Science -yksikön kanssa tutkimassa, voivatko ihmiset tarkasti ohjata otteiden voimaa, jotka kohdistetaan kahteen eri esineeseen, jotka pidetään yhtä aikaa keinotekoisella kädellä. 

Tutkijaryhmä tutki myös, miten visuaalinen palaute voi auttaa monimutkaista moniajo-mallia estämällä systemaattisesti visuaalista ja haptista palautetta. He myös tutkivat, miten samanaikainen esineiden kuljetus kokeilu voi säästää aikaa ja päättivät suunnitella monikanavaista wearable-pehmeää robottihaarukkaa, joka voi välittää keinotekoisia tuntemuksia käyttäjille. 

Tutkimuksen tulokset on julkaistu tieteellisessä julkaisussa Scientific Reports. 

Käyttää useita kanavia haptisesta palautteesta

Tutkimus osoitti, että useat kanavat haptisesta palautteesta mahdollistivat käyttäjille ottaa ja kuljettaa kaksi esinettä samanaikaisesti taitavalla keinotekoisella kädellä. He pystyivät suorittamaan nämä tehtävät rikkomatta tai pudottamatta esineitä, mikä oli voimassa myös silloin, kun käyttäjien näkö oli estynyt. 

Uusi lähestymistapa paransi myös aikaa, joka tarvitaan kuljettaa ja toimittaa molemmat esineet, ja käyttäjät arvioivat laadullisesti haptisen palautteen merkittävästi tärkeämmäksi kuin visuaalisen palautteen. 

Erik Engeberg, Ph.D., on vastaava kirjoittaja, professori ja jäsen FAU:n Center for Complex Systems and Brain Sciences, I-SENSE ja FAU Stiles-Nicholson Brain Institute. 

“Tutkimuksemme on ensimmäinen, joka osoittaa tämän monimutkaisen samanaikaisen ohjaustehtävän toteutettavuuden integroimalla useita kanavia haptisesta palautteesta ei-invasiivisesti”, sanoi Engeberg. “Kukaan tutkimuksen osallistujista ei ollut aiemmin käyttänyt merkittävästi EMG-ohjattuja keinotekoisia käsiä, mutta he pystyivät oppimaan hyödyntämään tätä moniajo-ominaisuutta kahden lyhyen koulutussession jälkeen.”

Suunnittelemalla mukautettua robottihaarukkaa

Tutkijaryhmä tarjosi haptista palautetta työskentelemällä EMG-ohjauksen ja mukautetun pehmeän robottihaarukan suunnittelun parissa. He työskentelivät yhdessä Emmanuelle Tognolin, Ph.D.:n kanssa, joka on yhteiskirjoittaja ja tutkimusprofessori FAU Department of Psychology ja Center for Complex Systems and Brain Sciences. 

Tutkijaryhmä varusti haarukan pehmeillä aktuaattoreilla, jotka auttoivat välittämään suhteellisen kosketusvoiman. He myös lisäsivät vibrotaktilisia stimulaattoreita osoittamaan, jos otetut esineet olivat rikkoutuneet. 

Kolme sijaintia haarukassa suunniteltiin haptiselle palautteelle: peukalo, etusormi ja pikkusormi. Nämä kolme aluetta ovat riittäviä välittämään voiman, joka kohdistetaan molempiin esineisiin, jotka otetaan kädellä. Haarukka on myös varustettu kolmella ilmakammolla, jotka vastaavat suhteellisesti kolmea BioTacsia, jotka on asennettu sormien päihin. Lisäksi haarukassa on kolme vibrotaktilista aktuaattoria, jotka osoittavat käyttäjälle, jos esineet ovat rikkoutuneet. 

Moaed A. Abd on ensisijainen kirjoittaja ja Ph.D.-opiskelija FAU:n Department of Ocean and Mechanical Engineering. 

“Esimerkkejä monitoimiohjauksesta, joita tutkimuksessamme havaittiin, olivat esimerkiksi suhteellinen ohjaus, jossa kortti pidettiin etusormen ja keskisormen välissä samanaikaisesti, kun peukalo ja pikkusormi käytettiin avata vesipullo. Toinen samanaikainen ohjaus esimerkki oli, kun pallo pidettiin kolmella sormella, kun taas pikkusormi käytettiin samanaikaisesti kytkemään valo päälle/pois.”, sanoi Abd. 

Uusi innovatiivinen tutkimus voi auttaa yläraajan puuttuvia yksilöitä seuraamaan urapolkuja ja muita vapaa-ajan toimintoja. 

Stella Batalama, Ph.D., on dekaani FAU College of Engineering and Computer Science. 

“Mahdollistaa hienostunut taitava ohjaus on erittäin monimutkainen ongelma ratkaista ja on edelleen aktiivinen tutkimuksen aihe, koska se edellyttää ei vain ihmisen otteiden ohjaus aikomusten tulkintaa, vaan myös täydentävää haptista palautetta tuntemuksista”, sanoi Batalama. “Tällä innovatiivisella tutkimuksella tutkijamme ovat ratkaisemassa tuntemuksien menetystä, joka on tällä hetkellä suuri este este, joka estää yläraajan puuttuvia henkilöitä moniajoa tai käyttämästä proteesikäsien täydellistä taitavuutta.”