Opaska na rękę przekazuje sztuczne wrażenia dotyku

Naukowcy z Florida Atlantic University przeprowadzili nowe i innowacyjne badanie związane z informacją zwrotną dotyku/haptiki, kontrolą elektromiograficzną (EMG) oraz noszoną miękką opaską robota, która może dramatycznie pomóc użytkownikom protez rąk. Nowe odkrycia mogą zmienić sposób, w jaki użytkownicy będą kontrolować przyszłe sztuczne ręce.

Naukowcy z wydziału inżynierii i nauk komputerowych współpracowali z wydziałem nauk Charlesa E. Schmidta, aby zbadać, czy ludzie mogą precyzyjnie kontrolować siłę chwytu stosowaną do dwóch różnych obiektów chwytanych jednocześnie przez sztuczną rękę.

Zespół badał również, w jaki sposób informacja zwrotna wizualna może pomóc w złożonym modelu wielozadaniowym, systematycznie blokując informację zwrotną wizualną i haptikę. Zbadali również, jak eksperyment z jednoczesnym transportem obiektów może zaoszczędzić czas i opracowali projekt wielokanałowej noszonej miękkiej opaski robota, która może przekazywać sztuczne wrażenia dotyku użytkownikom rąk robota.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Scientific Reports.

Wykorzystuje wiele kanałów informacji zwrotnej dotyku

Badania wykazały, że wiele kanałów informacji zwrotnej dotyku umożliwia użytkownikom chwytanie i transportowanie dwóch obiektów jednocześnie za pomocą zręcznej sztucznej ręki. Mogli wykonywać te zadania bez łamania lub upuszczania obiektów, co było prawdziwe nawet wtedy, gdy użytkownicy mieli zasłoniętą widoczność.

Nowy podejście również poprawiło czas potrzebny do transportu i dostarczenia obu obiektów, a użytkownicy jakościowo ocenili informację zwrotną dotyku jako znacznie ważniejszą niż informację zwrotną wizualną.

Erik Engeberg, Ph.D., jest autorem korespondentem, profesorem i członkiem Centrum Złożonych Systemów i Nauk o Mózgu FAU, I-SENSE oraz Instytutu Mózgu Stiles-Nicholsona FAU.

“Nasze badanie jest pierwszym, które wykazało wykonalność tego złożonego zadania jednoczesnego sterowania, integrując wiele kanałów informacji zwrotnej dotyku w sposób nieinwazyjny”, powiedział Engeberg. “Żaden z uczestników naszego badania nie miał wcześniej znaczącego doświadczenia w korzystaniu z sztucznych rąk sterowanych przez EMG, a jednak byli w stanie nauczyć się wykorzystywać tę funkcjonalność wielozadaniową po dwóch krótkich sesjach szkoleniowych.”

Projektowanie niestandardowej, wytworzonej opaski robota

Zespół badawczy zapewnił informację zwrotną dotyku, pracując nad kontrolą EMG i projektem niestandardowej, wytworzonej miękkiej opaski robota. Współpracowali z Emmanuelle Tognoli, Ph.D., która jest współautorem i profesorem badawczym w Dziale Psychologii i Centrum Złożonych Systemów i Nauk o Mózgu FAU.

Zespół wyposażył opaskę w miękkie aktywatory, które pomagały przekazywać proporcjonalne poczucie siły kontaktu. Włączyli również stymulatory wibrotaktylne, które wskazywały, czy chwytane obiekty zostały złamane.

Trzy miejsca na opasce zostały zaprojektowane do informacji zwrotnej dotyku: kciuk, palec wskazujący i palec mały. Te trzy obszary są wystarczające do przekazania siły zastosowanej do obu obiektów chwytanych przez rękę. Opaska ma również trzy komory powietrzne, które proporcjonalnie odpowiadają trzem BioTacs, które są zamontowane na palcach ręki. Oprócz tego opaska ma trzy aktywatory wibrotaktylne, które wskazują użytkownikowi, czy obiekty zostały złamane.

Moaed A. Abd jest pierwszym autorem i studentem doktoranckim w Dziale Inżynierii Oceanicznej i Mechanicznej FAU.

“Przykłady kontroli wielofunkcyjnej, które zostały zademonstrowane w naszym badaniu, obejmowały kontrolę proporcjonalną karty chwytanej między palcem wskazującym a środkowym, jednocześnie z tym, że kciuk i palec mały były używane do odkręcenia pokrywy butelki z wodą. Inny przykład kontroli jednoczesnej był z piłką, która była chwytana przez trzy palce, podczas gdy palec mały był jednocześnie używany do przełączania wyłącznika światła”, powiedział Abd.

Nowe innowacyjne badanie może być wykorzystane do umożliwienia osobom bez górnej kończyny realizowania ścieżek kariery i innych zajęć rekreacyjnych.

Stella Batalama, Ph.D., jest dziekanem Wydziału Inżynierii i Nauk Komputerowych FAU.

“Umożliwienie wyrafinowanego, zręcznego sterowania jest bardzo złożonym problemem do rozwiązania i nadal jest aktywnym obszarem badań, ponieważ wymaga nie tylko interpretacji intencji sterowania chwytem człowieka, ale także uzupełniającej informacji zwrotnej dotyku,” powiedziała Batalama. “Z tym innowacyjnym badaniem nasi badacze zajmują się utratą wrażeń dotyku, która obecnie jest główną przeszkodą w zapobieganiu osobom bez górnej kończyny w wykonywaniu wielu zadań jednocześnie lub używaniu pełnej zręczności swoich protez rąk.”