Il bracciale indossabile trasmette sensazioni tattili artificiali

I ricercatori della Florida Atlantic University hanno condotto uno studio nuovo e innovativo con feedback di sensazione tattile/tattile, controllo dell'elettromiogramma (EMG) e un morbido bracciale robotico indossabile che può aiutare notevolmente gli utenti di mani protesiche. Le nuove scoperte potrebbero cambiare il modo in cui le future mani artificiali saranno controllate dagli utenti. 

I ricercatori del College of Engineering and Computer Science dell'università hanno lavorato insieme al Charles E. Schmidt College of Science della FAU per studiare se le persone potessero controllare con precisione le forze di presa applicate a due diversi oggetti afferrati simultaneamente con una mano artificiale. 

Il team ha anche esplorato come il feedback visivo potrebbe aiutare il complesso modello multitasking bloccando sistematicamente il feedback visivo e tattile. Hanno anche studiato come un esperimento di trasporto simultaneo di oggetti potrebbe far risparmiare tempo e si sono proposti di progettare un morbido bracciale robotico indossabile multicanale in grado di trasmettere sensazioni tattili artificiali agli utenti della mano robotica. 

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Rapporti scientifici. 

Utilizza più canali di feedback aptico

La ricerca ha dimostrato che più canali di feedback tattile hanno consentito agli utenti di afferrare e trasportare due oggetti contemporaneamente con la mano artificiale abile. Potevano svolgere questi compiti senza rompere o far cadere gli oggetti, il che valeva anche quando gli utenti avevano la vista ostruita. 

Il nuovo approccio ha anche migliorato il tempo necessario per trasportare e consegnare entrambi gli oggetti, e gli utenti hanno valutato qualitativamente il feedback tattile come considerevolmente più importante del feedback visivo. 

Erik Engeberg, Ph.D., è autore corrispondente, professore e membro del Center for Complex Systems and Brain Sciences della FAU, I-SENSE e del FAU Stiles-Nicholson Brain Institute. 

"Il nostro studio è il primo a dimostrare la fattibilità di questo complesso compito di controllo simultaneo integrando in modo non invasivo più canali di feedback tattile", ha affermato Engeberg. "Nessuno dei nostri partecipanti allo studio aveva un uso precedente significativo di mani artificiali controllate da EMG, ma sono stati in grado di imparare a sfruttare questa funzionalità multitasking dopo due brevi sessioni di allenamento".

Progettazione di bracciali robotici fabbricati su misura

Il team di ricerca ha fornito un feedback tattile lavorando sul controllo EMG e sulla progettazione del morbido bracciale robotico fabbricato su misura. Hanno collaborato con Emmanuelle Tognoli, Ph.D., che è coautrice e professoressa di ricerca presso il Dipartimento di Psicologia e il Centro per i Sistemi Complessi e le Scienze del Cervello della FAU. 

Il team ha dotato il bracciale di attuatori morbidi, che hanno contribuito a trasmettere un senso proporzionale delle forze di contatto. Includevano anche stimolatori vibrotattili per indicare se gli oggetti afferrati erano stati rotti. 

Tre posizioni sul bracciale sono state progettate per il feedback tattile: il pollice, l'indice e il mignolo. Queste tre aree sono sufficienti per trasmettere la forza applicata ad entrambi gli oggetti afferrati dalla mano. Il bracciale ha anche tre camere d'aria che corrispondono ciascuna in proporzione a uno dei tre BioTac, che sono montati sulla punta delle dita della mano. Oltre a tutto questo, il bracciale ha tre attuatori vibrotattili che indicano all'utente se gli oggetti sono stati rotti. 

Moaed A. Abd è il primo autore e un dottorato di ricerca. studente presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e oceanica della FAU. 

“Esempi di controllo multifunzione dimostrato nel nostro studio includevano il controllo proporzionale di una carta che veniva pizzicata tra l'indice e il medio nello stesso momento in cui il pollice e il mignolo venivano usati per svitare il coperchio di una bottiglia d'acqua. Un'altra dimostrazione di controllo simultaneo è stata con una palla che è stata afferrata con tre dita mentre il mignolo è stato utilizzato contemporaneamente per attivare un interruttore della luce", ha detto Abd. 

Il nuovo studio innovativo potrebbe essere utilizzato per consentire alle persone con assenza degli arti superiori di perseguire percorsi di carriera e altre attività ricreative. 

Stella Batalama, Ph.D., è preside del FAU College of Engineering and Computer Science.

"Abilitare un controllo abile raffinato è un problema molto complesso da risolvere e continua ad essere un'area di ricerca attiva perché richiede non solo l'interpretazione delle intenzioni di controllo della presa umana, ma anche un feedback tattile complementare delle sensazioni tattili", ha affermato Batalama. «Con questo studio innovativo, i nostri ricercatori stanno affrontando la perdita di sensazioni tattili, che attualmente è un ostacolo importante per impedire alle persone con assenza degli arti superiori di svolgere più attività o di utilizzare la piena destrezza delle loro mani protesiche».