Le brassard portable transmet des sensations artificielles de toucher

Des chercheurs de la Florida Atlantic University ont mené une nouvelle étude innovante avec un retour de sensation haptique / tactile, un contrôle d'électromyogramme (EMG) et un brassard robotique souple portable qui peut considérablement aider les utilisateurs de mains prothétiques. Les nouvelles découvertes pourraient changer la façon dont les futures mains artificielles sont contrôlées par les utilisateurs. 

Les chercheurs du College of Engineering and Computer Science de l'université ont travaillé aux côtés du Charles E. Schmidt College of Science de la FAU pour déterminer si les gens pouvaient contrôler avec précision les forces de préhension appliquées à deux objets différents saisis simultanément avec une main artificielle. 

L'équipe a également exploré comment la rétroaction visuelle pourrait aider le modèle multitâche complexe en bloquant systématiquement la rétroaction visuelle et haptique. Ils ont également étudié comment une expérience de transport simultané d'objets pouvait faire gagner du temps et ont entrepris de concevoir un brassard robotique souple portable multicanal qui pourrait transmettre des sensations artificielles de toucher aux utilisateurs de la main robotique. 

Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Rapports scientifiques. 

Utilise plusieurs canaux de rétroaction haptique

La recherche a démontré que plusieurs canaux de rétroaction haptique permettaient aux utilisateurs de saisir et de transporter deux objets simultanément avec la main artificielle habile. Ils pouvaient effectuer ces tâches sans casser ni faire tomber les objets, ce qui était vrai même lorsque les utilisateurs avaient la vision obstruée. 

La nouvelle approche a également amélioré le temps nécessaire pour transporter et livrer les deux objets, et les utilisateurs ont évalué qualitativement le retour haptique comme considérablement plus important que le retour visuel. 

Erik Engeberg, Ph.D., est auteur correspondant, professeur et membre du Centre des systèmes complexes et des sciences du cerveau de la FAU, I-SENSE, et du FAU Stiles-Nicholson Brain Institute. 

"Notre étude est la première à démontrer la faisabilité de cette tâche complexe de contrôle simultané tout en intégrant plusieurs canaux de rétroaction haptique de manière non invasive", a déclaré Engeberg. "Aucun des participants à notre étude n'avait auparavant utilisé de manière significative des mains artificielles contrôlées par EMG, mais ils ont pu apprendre à exploiter cette fonctionnalité multitâche après deux courtes sessions de formation."

Concevoir un brassard robotique fabriqué sur mesure

L'équipe de recherche a fourni une rétroaction haptique en travaillant sur le contrôle EMG et la conception du brassard robotique souple fabriqué sur mesure. Ils ont collaboré avec Emmanuelle Tognoli, Ph.D., qui est co-auteur et professeure de recherche au Département de psychologie de la FAU et au Centre des systèmes complexes et des sciences du cerveau. 

L'équipe a équipé le brassard d'actionneurs souples, ce qui a permis de transmettre une sensation proportionnelle des forces de contact. Ils comprenaient également des stimulateurs vibrotactiles pour indiquer si les objets saisis avaient été brisés. 

Trois emplacements sur le brassard ont été conçus pour le retour haptique : le pouce, l'index et l'auriculaire. Ces trois zones sont suffisantes pour transmettre la force appliquée aux deux objets saisis par la main. Le brassard a également trois chambres à air qui correspondent chacune proportionnellement à l'un des trois BioTacs, qui sont montés sur le bout des doigts de la main. En plus de tout cela, le brassard dispose de trois actionneurs vibrotactiles qui indiquent à l'utilisateur si les objets ont été brisés. 

Moaed A. Abd est le premier auteur et titulaire d'un doctorat. étudiant au Département de génie océanique et mécanique de la FAU. 

"Les exemples de contrôle multifonction démontrés dans notre étude comprenaient le contrôle proportionnel d'une carte pincée entre l'index et le majeur en même temps que le pouce et l'auriculaire étaient utilisés pour dévisser le couvercle d'une bouteille d'eau. Une autre démonstration de contrôle simultané était avec une balle qui était saisie avec trois doigts tandis que le petit doigt était simultanément utilisé pour basculer un interrupteur d'éclairage », a déclaré Abd. 

La nouvelle étude innovante pourrait être utilisée pour permettre aux personnes absentes des membres supérieurs de poursuivre des cheminements de carrière et d'autres activités récréatives. 

Stella Batalama, Ph.D., est doyenne du FAU College of Engineering and Computer Science.

"Permettre un contrôle adroit raffiné est un problème très complexe à résoudre et continue d'être un domaine de recherche actif car il nécessite non seulement l'interprétation des intentions de contrôle de la préhension humaine, mais également une rétroaction haptique complémentaire des sensations tactiles", a déclaré Batalama. "Avec cette étude innovante, nos chercheurs s'attaquent à la perte de sensations tactiles, qui est actuellement un obstacle majeur pour empêcher les personnes absentes des membres supérieurs d'effectuer plusieurs tâches à la fois ou d'utiliser toute la dextérité de leurs mains prothétiques."