Bærbar Armbånd Overfører Kunstige Berøringsfornemmelser

Forskere ved Florida Atlantic University har gjennomført en ny og innovativ studie med haptisk/berøringsfornemming tilbakekobling, elektromyogram (EMG)-kontroll og et bærbar mykt robotarmbånd som kan dramatisk hjelpe brukere av protesehender. De nye funnene kan endre måten fremtidige kunstige hender kontrolleres av brukerne.

Forskerne ved universitetets College of Engineering and Computer Science arbeidet sammen med FAU’s Charles E. Schmidt College of Science for å undersøke om mennesker kunne nøyaktig kontrollere grepetskraften som ble anvendt på to forskjellige objekter som ble grepne samtidig med en kunstig hånd.

Teamet undersøkte også hvordan visuell tilbakekobling kunne assisterer den komplekse multitasking-modellen ved systematisk å blokkere visuell og haptisk tilbakekobling. De studerte også hvordan et samtidig objekttransport-eksperiment kunne spare tid og satte ut til å designe et multikanal bærbar mykt robotarmbånd som kunne overføre kunstige berøringsfornemmelser til brukerne av robot-hånden.

Resultatene av forskningen ble publisert i tidsskriftet Scientific Reports.

Bruker Flere Kanaler for Haptisk Tilbakekobling

Forskningen viste at flere kanaler for haptisk tilbakekobling enablet brukerne å gripe og transportere to objekter samtidig med den dexterøse kunstige hånden. De kunne utføre disse oppgavene uten å bryte eller slippe objektene, selv når brukerne hadde sin visjon blokkert.

Den nye tilnærmingen forbedret også tiden som var nødvendig for å transportere og levere begge objektene, og brukerne kvalitativt vurderer haptisk tilbakekobling som betraktelig viktigere enn visuell tilbakekobling.

Erik Engeberg, Ph.D., er hovedforfatter, professor og medlem av FAU’s Center for Complex Systems and Brain Sciences, I-SENSE og FAU Stiles-Nicholson Brain Institute.

“Vår studie er den første som demonstrerer muligheten for denne komplekse samtidige kontroll-oppgaven mens det integrerer flere kanaler for haptisk tilbakekobling ikke-invasivt,” sa Engeberg. “Ingen av våre studie-deltakere hadde betydelig tidligere bruk av EMG-kontrollerte kunstige hender, men de var i stand til å lære å utnytte denne multifunksjonelle funksjonen etter to korte trenings-sesjoner.”

Design av Tilpasset Fabrikkert Robotarmbånd

Forsknings-teamet ga haptisk tilbakekobling ved å arbeide med EMG-kontroll og design av det tilpassede myke robotarmbåndet. De samarbeidet med Emmanuelle Tognoli, Ph.D., som er medforfatter og forskningsprofessor ved FAU Department of Psychology og Center for Complex Systems and Brain Sciences.

Teamet utstyrte armbåndet med myke aktuatorer, som hjalp til å overføre en proporsjonal fornemmelse av kontakt-krefter. De inkluderte også vibrotaktil stimulatorer for å indikere om grepne objekter var blitt ødelagt.

Tre lokasjoner på armbåndet var designet for haptisk tilbakekobling: tommelen, pekefingeren og lillefingeren. Disse tre områdene er tilstrekkelige til å overføre kraften som ble anvendt på begge objekter som ble grepne av hånden. Armbåndet har også tre luftkammer som hver korresponderer proporsjonalt med en av de tre BioTacs, som er montert på fingertuppene på hånden. Foruten dette har armbåndet også tre vibrotaktil aktuatorer som indikerer til brukeren om objektene hadde blitt ødelagt.

Moaed A. Abd er første-forfatter og en Ph.D.-student ved FAU’s Department of Ocean and Mechanical Engineering.

“Eksempler på multifunksjonell kontroll som er demonstrert i vår studie inkluderer proporsjonal kontroll av et kort som ble klippet mellom pekefingeren og middelfingeren på samme tid som tommelen og lillefingeren ble brukt til å skru av dekslet på en vannflaske. Et annet eksempel på samtidig kontroll var med en ball som ble grepne med tre fingre mens lillefingeren samtidig ble brukt til å skifte en lysbryter,” sa Abd.

Den nye innovative studien kan bli brukt til å enable upper limb-absent individer til å følge karriereveier og andre fritidsaktiviteter.

Stella Batalama, Ph.D., er dekan ved FAU College of Engineering and Computer Science.

“Å enable fin dexterøs kontroll er et svært komplekst problem å løse og fortsetter å være et aktivt forskningsområde fordi det nødvendiggjør ikke bare tolkning av menneskelig grep-kontroll-intensjoner, men også komplementær haptisk tilbakekobling av taktil fornemmelse,” sa Batalama. “Med denne innovative studien, adresserer våre forskere tapet av taktil fornemmelse, som for tiden er en stor hindring for å forhindre upper limb-absent mennesker fra å multitasking eller bruke full dexteritet av deres protesehender.”