Investigadores crean la primera pulsera robótica suave multicanal que imparte sensaciones táctiles artificiales – ScienceDaily

Investigadores crean la primera pulsera robótica suave multicanal que imparte sensaciones táctiles artificiales – ScienceDaily


Escribir en un teclado, presionar botones en un control remoto o trenzar el cabello de un niño sigue siendo difícil de alcanzar para los usuarios de manos protésicas. Las manos protésicas mioeléctricas actuales permiten a los usuarios controlar solo una función de agarre a la vez, aunque las manos artificiales modernas son mecánicamente capaces de controlar individualmente los cinco dedos.

Un estudio único que utiliza retroalimentación háptica/sensible al tacto, monitoreo de electromiograma (EMG) y una innovadora pulsera robótica suave portátil podría cambiar las reglas del juego para los usuarios de manos protésicas que han esperado avances en destreza durante mucho tiempo. Los resultados del estudio podrían provocar un cambio de paradigma en la forma en que las personas a las que les faltan extremidades controlan las manos artificiales actuales y futuras.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la Universidad Atlántica de Florida, en colaboración con la Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt de la FAU, investigaron si los humanos podían controlar con precisión las fuerzas de agarre aplicadas a dos objetos diferentes aplicados simultáneamente con una mano artificial diestra.

Para el estudio, también examinaron el papel que jugó la retroalimentación visual en este complejo modelo multitarea al bloquear sistemáticamente la retroalimentación visual y háptica en el diseño experimental. Además, investigaron el potencial de ahorro de tiempo en un experimento de transporte de objetos simultáneo en comparación con un enfoque de uno a la vez. Para llevar a cabo estas tareas, diseñaron una nueva pulsera robótica suave portátil con múltiples canales para brindar sensaciones táctiles artificiales a los usuarios de la mano robótica.

Resultados publicados en informes cientificos, demostraron que múltiples canales de retroalimentación háptica permitieron a los sujetos agarrar y transportar con éxito dos objetos simultáneamente con la diestra mano artificial sin romperlos ni dejarlos caer, incluso cuando su vista de ambos objetos estaba obstruida.

Además, el enfoque de control simultáneo mejoró el tiempo requerido para transportar y entregar ambos objetos en comparación con un enfoque único comúnmente utilizado en estudios anteriores. Cabe destacar que para la traducción clínica, los investigadores no encontraron diferencias significativas entre el sujeto sin extremidades y los demás sujetos para las métricas de rendimiento clave en las tareas. Es importante destacar que los sujetos calificaron la retroalimentación háptica como significativamente más cualitativa que la retroalimentación visual, incluso cuando la vista estaba presente, ya que a menudo había poca o ninguna advertencia visualmente perceptible antes de que los objetos agarrados se rompieran o cayeran.

«Nuestro estudio es el primero en demostrar la viabilidad de esta compleja tarea de control simultáneo bajo la integración no invasiva de múltiples canales de retroalimentación háptica», dijo Erik Engeberg, Ph.D., autor correspondiente y profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de la FAU. Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación, miembro del Centro de Sistemas Complejos y Ciencias del Cerebro de la FAU, Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt, y miembro de I-SENSE y del Instituto del Cerebro Stiles-Nicholson de la FAU. «Ninguno de los participantes de nuestro estudio había usado previamente manos artificiales guiadas por EMG de manera significativa, pero pudieron aprender esta funcionalidad multitarea después de dos breves sesiones de entrenamiento».

Para proporcionar retroalimentación háptica, Engeberg y el equipo de investigación trabajaron con Emmanuelle Tognoli, Ph.D., coautora, profesora de investigación, Instituto de Psicología y Centro de Psicología de la FAU, en el control EMG y el diseño del robot blando bimodal hecho a medida. pulsera con múltiples canales Complex Systems and Brain Sciences y miembro del Stiles-Nicholson Brain Institute de la FAU.

El brazalete presentaba actuadores suaves para brindar una sensación proporcional de las fuerzas de contacto; Se incluyeron estimuladores vibrotáctiles para indicar si los objetos agarrados estaban rotos. La muñequera está diseñada para la retroalimentación háptica en tres ubicaciones correspondientes al pulgar, el índice y el meñique, un número suficiente para transmitir las amplitudes de las fuerzas ejercidas sobre ambos objetos agarrados por la mano. El brazalete tiene tres celdas de aire, cada una proporcional a uno de los tres BioTacs ubicados en la punta de los dedos de la Mano Sombría. El brazalete también está equipado con tres actuadores vibrotáctiles colocados uno al lado del otro que vibrarían para alertar al sujeto si los objetos en el mango se rompieran (cuando se excedieran uno o ambos umbrales de fuerza).

“Ejemplos de los controles multifunción demostrados en nuestro estudio incluyeron el control proporcional de una tarjeta pellizcada entre los dedos índice y medio mientras se usa simultáneamente el pulgar y el meñique para desenroscar la tapa de una botella de agua. Otra demostración de control simultáneo fue con una pelota que se agarraba con tres dedos mientras que el meñique se usaba simultáneamente para accionar un interruptor de luz», dijo Moaed A. Abd, primer autor y estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Marina y Mecánica de la FAU.

La información obtenida del estudio podría usarse en marcos futuros de cirugías bimanuales altamente complejas, como las que requieren los cirujanos y los guitarristas, con el objetivo de permitir que las personas a las que les faltan las extremidades superiores sigan carreras y actividades de ocio que actualmente están fuera de su alcance. para ellos

«Permitir un control diestro refinado es un problema muy complejo de resolver y sigue siendo un área activa de investigación, ya que requiere no solo la interpretación de las intenciones de control de agarre humano, sino también una retroalimentación háptica complementaria de las sensaciones táctiles», dijo Stella Batalama, Ph.D. ., Decano, Universidad de Ciencias Aplicadas FAU. «A través de este estudio innovador, nuestros investigadores están abordando la pérdida de sensaciones táctiles, que actualmente es una barrera importante para evitar que las personas a las que les faltan las extremidades superiores realicen múltiples tareas o usen toda la destreza de sus manos protésicas».

Otros coautores del estudio son Joseph Ingicco, graduado de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU y miembro del Laboratorio de Biorobótica del Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de la FAU; y Douglas T. Hutchinson, MD, cirujano ortopédico de la mano afiliado a los Hospitales y Clínicas de la Universidad de Utah.

La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud (NIH); el Instituto Nacional del Envejecimiento de los NIH; la Fundación Nacional de Ciencias; el Departamento de Energía de los Estados Unidos; Burroughs Wellcome Fund y Seed Grants de FAU Stiles-Nicholson Brain Institute y FAU I-SENSE.

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