Bracciale indossabile che trasmette sensazioni artificiali di tocco

I ricercatori della Florida Atlantic University hanno condotto uno studio innovativo con feedback di sensazione tattile, controllo elettromiografico (EMG) e un bracciale robotico indossabile in gomma che può aiutare notevolmente gli utenti di mani prostetiche. I nuovi risultati potrebbero cambiare il modo in cui le mani artificiali future 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 indagare se le persone potessero controllare con precisione le forze di presa applicate a due oggetti diversi afferrati contemporaneamente con una mano artificiale.

La squadra ha anche esplorato come il feedback visivo potrebbe aiutare il modello di multitasking complesso bloccando sistematicamente il feedback visivo e tattile. Hanno anche studiato come un esperimento di trasporto di oggetti simultaneo potrebbe risparmiare tempo e si sono prefissati di progettare un bracciale robotico indossabile in gomma multicanale che potesse trasmettere sensazioni artificiali di tocco agli utenti di mani robotiche.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Scientific Reports.

Utilizza più canali di feedback tattile

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 dexterous. Sono stati in grado di eseguire questi compiti senza rompere o lasciare cadere gli oggetti, 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 molto più importante del feedback visivo.

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

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

Progettazione di un bracciale robotico personalizzato

La squadra di ricerca ha fornito il feedback tattile lavorando sul controllo EMG e sulla progettazione del bracciale robotico in gomma personalizzato. Hanno collaborato con Emmanuelle Tognoli, Ph.D., che è coautore e professore di ricerca presso il Dipartimento di Psicologia e il Center for Complex Systems and Brain Sciences della FAU.

La squadra ha dotato il bracciale di attuatori in gomma, che hanno aiutato a trasmettere una sensazione proporzionale delle forze di contatto. Hanno anche incluso 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 a entrambi gli oggetti afferrati dalla mano. Il bracciale ha anche tre camere d’aria che corrispondono proporzionalmente a uno dei tre BioTacs, che sono montati sulle dita della mano. Oltre a tutto ciò, il bracciale ha tre attuatori vibrotattili che indicano all’utente se gli oggetti sono stati rotti.

Moaed A. Abd è l’autore principale e uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Oceanica e Meccanica della FAU.

“Esempi di controllo multifunzione dimostrati nel nostro studio includevano il controllo proporzionale di una carta pinzata tra l’indice e il medio allo stesso tempo in cui il pollice e il mignolo erano utilizzati per svitare il coperchio di una bottiglia d’acqua. Un’altra dimostrazione di controllo simultaneo era con una palla afferrata con tre dita mentre il mignolo era utilizzato contemporaneamente per attivare un interruttore della luce”, ha detto Abd.

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

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

“Abilitare il controllo dexterous raffinato è un problema estremamente complesso da risolvere e continua a essere un’area di ricerca attiva perché richiede non solo l’interpretazione delle intenzioni di controllo della presa umana, ma anche il feedback tattile complementare delle sensazioni,” ha detto 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 di arti superiori di svolgere attività multitasking o utilizzare appieno la dexterità delle loro mani prostetiche.”