Носимая манжета передает искусственные ощущения осязания

Исследователи из Университета Флориды Атлантического побережья провели новое и инновационное исследование с обратной связью осязания, электромиограммой (ЭМГ) и носимой мягкой роботизированной манжетой, которая может значительно помочь пользователям протезных рук. Новые результаты могут изменить способ, которым в будущем будут контролироваться искусственные руки пользователями.

Исследователи в университетском колледже инженерии и компьютерных наук работали вместе с колледжем Чарльза Э. Шмидта по науке, чтобы выяснить, могут ли люди точно контролировать силы захвата, применяемые к двум разным объектам, захваченным одновременно искусственной рукой.

Команда также исследовала, как визуальная обратная связь может помочь сложной модели многозадачности, систематически блокируя визуальную и тактильную обратную связь. Они также изучали, как эксперимент по одновременному транспортированию объектов может сэкономить время и поставили цель разработать многоканальную носимую мягкую роботизированную манжету, которая может передавать искусственные ощущения осязания пользователям роботизированной руки.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Использует несколько каналов тактильной обратной связи

Исследование показало, что несколько каналов тактильной обратной связи позволяют пользователям захватывать и транспортировать два объекта одновременно с помощью искусственной руки. Они могли выполнять эти задачи без разрушения или падения объектов, что было верно даже тогда, когда у пользователей была заблокирована их видимость.

Новый подход также улучшил время, необходимое для транспортировки и доставки обоих объектов, и пользователи качественно оценили тактильную обратную связь как значительно более важную, чем визуальную обратную связь.

Эрик Энгеберг, доктор философии, является основным автором, профессором и членом Центра сложных систем и脑ных наук, I-SENSE и Института мозга Стайлза-Николсона.

“Наше исследование является первым, которое демонстрирует осуществимость этой сложной одновременной задачи контроля при интеграции нескольких каналов тактильной обратной связи неинвазивно”, сказал Энгеберг. “Ни один из наших участников исследования не имел значительного предыдущего опыта использования искусственных рук, контролируемых ЭМГ, но они смогли научиться использовать эту многозадачную функциональность после двух коротких тренировочных сессий.”

Разработка индивидуальной роботизированной манжеты

Команда исследователей обеспечила тактильную обратную связь, работая над ЭМГ-контролем и разработкой индивидуальной мягкой роботизированной манжеты. Они сотрудничали с Эммануэль Тоньоли, доктором философии, которая является соавтором и исследовательским профессором в департаменте психологии и Центре сложных систем и脑ных наук.

Команда оснастила манжету мягкими исполнительными механизмами, которые помогали передавать пропорциональное чувство контактных сил. Они также включили вибротактильные стимуляторы, чтобы указать, если захваченные объекты были разрушены.

Три места на манжете были разработаны для тактильной обратной связи: большой палец, указательный палец и мизинец. Эти три области достаточно, чтобы передать силу, примененную к обоим объектам, захваченным рукой. Манжета также имеет три воздушных камеры, каждая из которых пропорционально соответствует одному из трех BioTacs, которые установлены на кончиках пальцев руки. Кроме того, манжета имеет три вибротактильных исполнительных механизма, которые указывают пользователю, если объекты были разрушены.

Моаэд А. Абд является первым автором и аспирантом в департаменте океанических и механических инженерных наук.

“Примеры многофункционального контроля, продемонстрированные в нашем исследовании, включали пропорциональный контроль карты, зажатой между указательным и средним пальцами, в то время как большой палец и мизинец использовались для откручивания крышки бутылки с водой. Другой одновременный контроль был с мячом, который был захвачен тремя пальцами, в то время как мизинец был использован для переключения выключателя света”, сказал Абд.

Это новое инновационное исследование может быть использовано для того, чтобы позволить людям без верхних конечностей заниматься карьерой и другими досуговыми занятиями.

Стелла Баталама, доктор философии, является деканом колледжа инженерии и компьютерных наук.

“Обеспечение изысканного дexterous контроля является очень сложной проблемой, которая продолжает быть активной областью исследований, поскольку она требует не только интерпретации намерений человеческого захвата, но и дополнительной тактильной обратной связи осязания”, сказала Баталама. “С этим инновационным исследованием наши исследователи решают проблему потери тактильных ощущений, которая в настоящее время является серьезным препятствием для предотвращения многозадачности или использования полной ловкости протезных рук людьми без верхних конечностей.”