Brațul purtăbil transmite senzații artificiale de atingere

Cercetătorii de la Florida Atlantic University au efectuat un studiu nou și inovator cu feedback haptic/tactil, control electromiogramă (EMG) și o bandă robotică moale care poate ajuta în mod dramatic utilizatorii de mâini protetice. Noile descoperiri ar putea schimba modul în care viitoarele mâini artificiale sunt controlate de utilizatori. 

Cercetătorii de la Colegiul de Inginerie și Informatică al universității au lucrat alături de Colegiul de Științe Charles E. Schmidt de la FAU pentru a investiga dacă oamenii ar putea controla cu precizie forțele de prindere aplicate la două obiecte diferite prinse simultan cu o mână artificială. 

Echipa a explorat, de asemenea, modul în care feedback-ul vizual ar putea ajuta modelul complex multitasking prin blocarea sistematică a feedback-ului vizual și haptic. Ei au studiat, de asemenea, modul în care un experiment de transport simultan de obiecte ar putea economisi timp și și-au propus să proiecteze o bandă robotică moale, portabilă, multicanal, care ar putea transmite senzații artificiale de atingere utilizatorilor mâinilor robotizate. 

Rezultatele cercetării au fost publicate în jurnal Rapoarte științifice. 

Utilizează mai multe canale de feedback haptic

Cercetarea a demonstrat că mai multe canale de feedback haptic le-au permis utilizatorilor să apuce și să transporte două obiecte simultan cu mâna artificială pricepută. Ei puteau îndeplini aceste sarcini fără a sparge sau scăpa obiectele, ceea ce era valabil chiar și atunci când utilizatorii aveau vederea obstrucționată. 

Noua abordare a îmbunătățit, de asemenea, timpul necesar pentru transportul și livrarea ambelor obiecte, iar utilizatorii au evaluat calitativ feedback-ul haptic ca fiind mult mai important decât feedback-ul vizual. 

Erik Engeberg, Ph.D., este autor corespondent, profesor și membru al Centrului FAU pentru Sisteme Complexe și Științe ale Creierului, I-SENSE și al Institutului FAU Stiles-Nicholson Brain. 

„Studiul nostru este primul care demonstrează fezabilitatea acestei sarcini complexe de control simultan în timp ce integrează mai multe canale de feedback haptic în mod neinvaziv”, a spus Engeberg. „Niciunul dintre participanții la studiu nu a avut o utilizare semnificativă anterioară a mâinilor artificiale controlate de EMG, dar au reușit să învețe să valorifice această funcționalitate multitasking după două sesiuni scurte de antrenament.”

Proiectarea brațului robotizat personalizat

Echipa de cercetare a oferit feedback haptic lucrând la controlul EMG și la designul benzii de braț robotizate moale fabricate la comandă. Ei au colaborat cu Emmanuelle Tognoli, Ph.D., care este co-autor și profesor de cercetare la Departamentul de Psihologie FAU și Centrul pentru Sisteme Complexe și Științe ale Creierului. 

Echipa a montat brațul cu dispozitive de acționare moi, care au ajutat la transmiterea unui sentiment proporțional al forțelor de contact. Au inclus și stimulatoare vibrotactile pentru a indica dacă obiectele prinse au fost rupte. 

Trei locații de pe braț au fost proiectate pentru feedback haptic: degetul mare, arătător și degetul mic. Aceste trei zone sunt suficiente pentru a transmite forța aplicată ambelor obiecte apucate de mână. De asemenea, banderola are trei camere de aer care corespund fiecare proporțional cu una dintre cele trei BioTac, care sunt montate pe vârful degetelor mâinii. Pe lângă toate acestea, brațul are trei actuatoare vibrotactile care indică utilizatorului dacă obiectele au fost sparte. 

Moaed A. Abd este primul autor și doctorand. student la Departamentul de Ocean și Inginerie Mecanică a FAU. 

„Exemplele de control multifuncțional demonstrate în studiul nostru au inclus controlul proporțional al unui card care este ciupit între degetele arătător și mijlociu în același timp în care degetul mare și degetul mic au fost folosite pentru a deșuruba capacul unei sticle de apă. O altă demonstrație de control simultan a fost cu o minge care a fost prinsă cu trei degete, în timp ce degetul mic a fost folosit simultan pentru a comuta un întrerupător de lumină”, a spus Abd. 

Noul studiu inovator ar putea fi folosit pentru a permite persoanelor absente ale membrelor superioare să urmeze căi de carieră și alte activități recreative. 

Stella Batalama, Ph.D., este decan la Colegiul de Inginerie și Informatică FAU.

„Permiterea controlului dexter rafinat este o problemă extrem de complexă de rezolvat și continuă să fie un domeniu activ de cercetare, deoarece necesită nu numai interpretarea intențiilor de control al apucăturii umane, ci și feedback haptic complementar al senzațiilor tactile”, a spus Batalama. „Prin acest studiu inovator, cercetătorii noștri abordează pierderea senzațiilor tactile, care este în prezent un obstacol major în prevenirea persoanelor absente ale membrelor superioare să facă mai multe sarcini sau să folosească toată dexteritatea mâinilor lor protetice.”