Băng đeo tay truyền tải cảm giác chạm nhân tạo

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Florida Atlantic đã thực hiện một nghiên cứu mới và sáng tạo với phản hồi xúc giác/cảm giác chạm, kiểm soát điện cơ đồ (EMG) và băng tay rô-bốt mềm có thể đeo được có thể hỗ trợ đáng kể cho người sử dụng tay giả. Phát hiện mới có thể thay đổi cách người dùng điều khiển bàn tay nhân tạo trong tương lai. 

Các nhà nghiên cứu tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật và Khoa học Máy tính của trường đại học đã làm việc cùng với Trường Khoa học Charles E. Schmidt của FAU để điều tra xem liệu con người có thể kiểm soát chính xác lực kẹp tác dụng lên hai vật thể khác nhau được nắm đồng thời bằng bàn tay giả hay không. 

Nhóm cũng khám phá cách phản hồi trực quan có thể hỗ trợ mô hình đa nhiệm phức tạp bằng cách chặn phản hồi trực quan và xúc giác một cách có hệ thống. Họ cũng nghiên cứu cách một thí nghiệm vận chuyển vật thể đồng thời có thể tiết kiệm thời gian và bắt đầu thiết kế một băng tay rô-bốt mềm đa kênh có thể đeo được, có thể truyền cảm giác chạm nhân tạo cho người dùng tay rô-bốt. 

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Báo cáo khoa học. 

Sử dụng nhiều kênh phản hồi xúc giác

Nghiên cứu đã chứng minh rằng nhiều kênh phản hồi xúc giác cho phép người dùng cầm nắm và vận chuyển hai vật thể cùng lúc bằng bàn tay giả khéo léo. Họ có thể thực hiện các tác vụ này mà không làm vỡ hoặc làm rơi đồ vật, điều này vẫn đúng ngay cả khi người dùng bị che khuất tầm nhìn. 

Cách tiếp cận mới cũng cải thiện thời gian cần thiết để vận chuyển và phân phối cả hai đối tượng và người dùng đánh giá chất lượng phản hồi xúc giác quan trọng hơn đáng kể so với phản hồi trực quan. 

Erik Engeberg, Ph.D., là tác giả tương ứng, giáo sư và thành viên của Trung tâm Khoa học Não bộ và Hệ thống Phức hợp của FAU, I-SENSE, và Viện Não bộ Stiles-Nicholson của FAU. 

Engeberg cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên chứng minh tính khả thi của nhiệm vụ điều khiển đồng thời phức tạp này trong khi tích hợp nhiều kênh phản hồi xúc giác một cách không xâm lấn”. “Không ai trong số những người tham gia nghiên cứu của chúng tôi đã từng sử dụng đáng kể bàn tay giả được điều khiển bằng EMG, nhưng họ đã có thể học cách khai thác chức năng đa nhiệm này sau hai buổi đào tạo ngắn.”

Thiết kế băng tay robot chế tạo tùy chỉnh

Nhóm nghiên cứu đã cung cấp phản hồi xúc giác bằng cách nghiên cứu điều khiển EMG và thiết kế băng tay robot mềm được chế tạo tùy chỉnh. Họ đã hợp tác với Tiến sĩ Emmanuelle Tognoli, đồng tác giả và là giáo sư nghiên cứu tại Khoa Tâm lý học FAU và Trung tâm Khoa học Não bộ và Hệ thống Phức hợp. 

Nhóm nghiên cứu đã trang bị cho băng đội trưởng các cơ cấu truyền động mềm, giúp truyền đạt cảm giác cân đối về lực tiếp xúc. Chúng cũng bao gồm các bộ kích thích xúc giác để cho biết liệu các vật thể nắm được có bị vỡ hay không. 

Ba vị trí trên băng tay được thiết kế cho phản hồi xúc giác: ngón cái, ngón trỏ và ngón út. Ba diện tích này đủ để truyền lực tác dụng lên cả hai vật do tay nắm. Băng đeo tay cũng có ba khoang khí, mỗi khoang tương ứng với một trong ba BioTac, được lắp trên các đầu ngón tay của bàn tay. Bên cạnh tất cả những điều này, băng đeo tay có ba bộ truyền động rung cho người dùng biết nếu đồ vật đã bị hỏng. 

Moaed A. Abd là tác giả đầu tiên và là tiến sĩ. sinh viên Khoa Đại dương và Cơ khí của FAU. 

“Các ví dụ về điều khiển đa chức năng được chứng minh trong nghiên cứu của chúng tôi bao gồm điều khiển theo tỷ lệ của một tấm thẻ được kẹp giữa ngón trỏ và ngón giữa đồng thời ngón cái và ngón út được sử dụng để mở nắp chai nước. Một cuộc trình diễn điều khiển đồng thời khác là với một quả bóng được nắm bằng ba ngón tay trong khi ngón tay út được sử dụng đồng thời để bật công tắc đèn,” Abd nói. 

Nghiên cứu cải tiến mới này có thể được sử dụng để giúp những người không có chi trên theo đuổi con đường sự nghiệp và các hoạt động giải trí khác. 

Tiến sĩ Stella Batalama, trưởng khoa tại Đại học Kỹ thuật và Khoa học Máy tính FAU.

Batalama cho biết: “Việc kích hoạt khả năng kiểm soát khéo léo được tinh chỉnh là một vấn đề rất phức tạp cần giải quyết và tiếp tục là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực vì nó không chỉ đòi hỏi phải giải thích ý định kiểm soát nắm tay của con người mà còn cần phản hồi xúc giác bổ sung cho các cảm giác xúc giác”. “Với nghiên cứu đổi mới này, các nhà nghiên cứu của chúng tôi đang giải quyết tình trạng mất cảm giác xúc giác, hiện đang là trở ngại chính trong việc ngăn cản những người không có chi trên thực hiện đa nhiệm hoặc sử dụng toàn bộ sự khéo léo của bàn tay giả của họ.”