Dokunmatik hisleri taklit eden giyilebilen kol bandı

Florida Atlantic Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, dokunma/haptik his geri bildirimi, elektromiyogram (EMG) kontrolü ve protez ellerin kullanıcılarına önemli ölçüde yardımcı olabilecek bir giyilebilen yumuşak robotik kol bandı ile yeni ve yenilikçi bir çalışma yaptılar. Yeni bulgular, gelecekteki yapay ellerin kullanıcılar tarafından nasıl kontrol edileceğini değiştirebilir.

Araştırmacılar, mühendislik ve bilgisayar bilimi kolejindeki çalışmanın yanı sıra Charles E. Schmidt Bilim Koleji ile birlikte, insanların yapay bir el ile aynı anda tuttukları iki farklı nesneye uyguladıkları kavrama kuvvetlerini precis olarak kontrol edip edemeyeceklerini araştırdılar.

Ekibin ayrıca, görsel geri bildirimin karmaşık çoklu görev modeline nasıl yardımcı olabileceğini incelemek için görsel ve haptik geri bildirimi sistematik olarak engelledi. Ayrıca, bir nesne taşıma deneyiminin zaman kazandırabileceğini ve çok kanallı giyilebilen yumuşak robotik bir kol bandı tasarlayarak, robotik el kullanıcılarına dokunma hislerini iletebileceğini keşfettiler.

Araştırma sonuçları Scientific Reports dergisinde yayınlandı.

Çoklu Haptik Geri Bildirim Kanallarını Kullanır

Araştırma, çoklu haptik geri bildirimin kullanıcıların aynı anda iki nesneyi yapay bir el ile kavrayıp taşıyabilmesini sağladığını gösterdi. Görselleri engellenmiş olsa bile, nesneleri kırmadan veya düşürmeden bu görevleri gerçekleştirebildiler.

Yeni yaklaşım, her iki nesneyi taşıyıp teslim etmek için gereken süreyi de iyileştirdi ve kullanıcılar haptik geri bildirimi görsel geri bildirimden çok daha önemli olarak değerlendirdi.

Erik Engeberg, Ph.D., karşılık yazarı, profesör ve FAU’nun Karmaşık Sistemler ve Beyin Bilimleri Merkezi, I-SENSE ve FAU Stiles-Nicholson Beyin Enstitüsü üyesidir.

“Çalışmamız, bu karmaşık eşzamanlı kontrol görevinin réalisasyonunun ilk kez gösterildiğini ve çoklu haptik geri bildirimi invazif olmayan bir şekilde entegre ettiğini kanıtladı” dedi Engeberg. “Çalışma katılımcılarımızın hiçbiri, önemli ölçüde önceden EMG kontrolü yapay eller kullanmamıştı, ancak iki kısa eğitim oturumundan sonra bu çoklu görev işlevini öğrenmeyi başardılar.”

Özel Üretilen Robotik Kol Bandı Tasarımı

Araştırma ekibi, haptik geri bildirimi sağlamak için EMG kontrolü ve özel üretilen yumuşak robotik kol bandının tasarımını gerçekleştirdi. FAU Psikoloji Bölümü ve Karmaşık Sistemler ve Beyin Bilimleri Merkezi’nde araştırma profesörü olan Emmanuelle Tognoli, Ph.D. ile işbirliği yaptılar.

Ekibin kol bandına, temas kuvvetlerinin orantılı bir hissi vermek için yumuşak aktüatörler takıldı. Ayrıca, tutulan nesnelerin kırıldığını belirtmek için vibratüel stimülatörler eklendi.

Kol bandında, haptik geri bildirimi sağlamak için üç konum tasarlandı: başparmak, işaret parmağı ve küçük parmak. Bu üç alan, her iki nesneye uygulanan kuvvete yeterli şekilde temas hissi vermek için yeterlidir. Kol bandı ayrıca, her biri elin parmak uçlarına takılan üç BioTacs’a karşılık gelen üç hava odacığına sahiptir. Ayrıca, kol bandında, nesnelerin kırıldığını kullanıcıya bildiren üç vibratüel aktüatör bulunmaktadır.

Moaed A. Abd, ilk yazar ve FAU’nun Okyanus ve Makine Mühendisliği Bölümü’nde doktora öğrencisidir.

“Çalışmamızda gösterilen çoklu kontrol örnekleri arasında, aynı anda bir kartı işaret ve orta parmaklar arasında sıktığımız sırada, başparmak ve küçük parmakla bir su şişesinin kapağını çıkarmak yer aldı. Bir başka çoklu kontrol gösterimi, üç parmakla tutulan bir top ile aynı zamanda küçük parmağın bir ışık anahtarını açmasıydı” dedi Abd.

Yeni yenilikçi çalışma, üst ekstremite eksik bireylerin kariyer yollarını takip etmelerine ve diğer rekreatif faaliyetlere katılmasına olanak sağlayabilir.

Stella Batalama, Ph.D., FAU Mühendislik ve Bilgisayar Bilimi Koleji dekanıdır.

“İncelikli ve dexterous kontrolü sağlamak, insan tutma kontrol niyetlerinin yorumlanmasını gerektirdiği için çözülmesi gereken son derece karmaşık bir sorun olmaya devam etmektedir ve ayrıca tamamlayıcı haptik geri bildirimi de gerektirir” dedi Batalama. “Bu yenilikçi çalışmayla, araştırmacılarımız, üst ekstremite eksik bireylerin çoklu görev yapmalarını veya protez ellerinin tam dexteritysini kullanmalarını engelleyen büyük bir engel olan dokunma hislerinin kaybını ele almaktadırlar.”