بهترين مرجع گزيده مطالب

بازوبند رباتیک نرم پوشیدنی جدید می تواند انقلابی برای کاربران دست های مصنوعی ایجاد کند.

تایپ روی صفحه کلید، فشار دادن دکمه‌های کنترل از راه دور یا بافتن موهای کودک برای کاربران دست مصنوعی دشوار است. ارتوپدی تحولی در این زمینه ایجاد کرده است. با دست‌های مصنوعی میوالکتریک کنونی، کاربران می‌توانند هر بار فقط یک عملکرد گرفتن و نگه داشتن با دست را کنترل کنند، حتی اگر دست‌های مصنوعی مدرن از نظر مکانیکی قادر به کنترل جداگانه هر پنج انگشت باشند.
بر اساس اولین مطالعه در نوع خود با استفاده از بازخورد حس لمسی، کنترل الکترومیوگرام (EMG) و همچنین بازوبند رباتیک نرم پوشیدنی نوآورانه می‌تواند برای کاربران دست‌های مصنوعی که مدت‌ها در انتظار پیشرفت در مهارت هستند، تغییری ایجاد کند. یافته‌های این مطالعه می‌تواند یک تغییر پارادایم در نحوه کنترل دست‌های مصنوعی فعلی و آینده توسط افراد معلول را تسریع کند.
محققان کالج مهندسی و علوم کامپیوتر دانشگاه آتلانتیک فلوریدا با همکاری کالج علوم چارلز ای. اشمیت از FAU بررسی کردند که آیا افراد می‌توانند به طور دقیق نیروهای چنگ زدن اعمال شده به دو جسم مختلف را که به طور هم‌زمان با یک دست مصنوعی ماهر گرفته می‌شوند، کنترل کنند.
برای این مطالعه، آنها همچنین نقش بازخورد بصری را در این مدل چند وظیفه پیچیده با مسدود کردن سیستماتیک بازخورد بصری و لمسی در طراحی آزمایشی بررسی کردند. علاوه بر این، آنها پتانسیل صرفه جویی در زمان را در آزمایش حمل و نقل شیء هم‌زمان در مقایسه با رویکرد یکباره مطالعه کردند. برای انجام این وظایف، آنها یک بازوبند رباتیک نرم پوشیدنی چندکاناله جدید طراحی کردند تا حس مصنوعی لمس را به کاربران دست رباتیک منتقل کند.
نتایجی که در Scientific Reports منتشر شد، نشان داد که کانال‌های متعدد بازخورد لمسی به افراد این امکان را می‌دهد تا با موفقیت دو جسم را به طور هم‌زمان با دست مصنوعی ماهرانه حتی زمانی که دیدشان از هر دو شی مسدود شده است بدون شکستن یا انداختن آن‌ها، گرفته و حمل کنند.

علاوه بر این، رویکرد کنترل هم‌زمان زمان مورد نیاز برای حمل و نقل و تحویل هر دو شی را در مقایسه با رویکرد یک‌باره که معمولاً در مطالعات قبلی استفاده می‌شد، بهبود بخشید. نکته قابل توجه برای ترجمه بالینی، محققان تفاوت قابل توجهی بین سوژه معلول و سایر افراد برای معیارهای کلیدی عملکرد در وظایف پیدا نکردند. نکته مهم این است که افراد بازخورد لمسی را از نظر کیفی به طور قابل‌توجهی مهم‌تر از بازخورد بصری حتی زمانی که بینایی در دسترس بود، ارزیابی کردند، زیرا اغلب قبل از شکستن یا افتادن اجسام گرفته شده، هشدار بصری محسوسی وجود نداشت.

دکتر اریک انگبرگ، نویسنده مسئول و استاد دانشکده مهندسی مکانیک و اقیانوس FAU گفت: "مطالعه ما اولین مطالعه‌ای است که امکان کنترل هم‌زمان پیچیده را در حالی که چندین کانال بازخورد لمسی را به صورت غیر تهاجمی یکپارچه می‌کند، نشان می‌دهد." هیچ یک از شرکت‌کنندگان مطالعه ما قبلاً از دست‌های مصنوعی کنترل‌شده با EMG استفاده نکرده بودند، با این حال آنها توانستند پس از دو جلسه آموزشی کوتاه، کنترل این قابلیت چند وظیفه‌ای را یاد بگیرند.
برای ارائه بازخورد لمسی، انگبرگ و تیم تحقیقاتی روی کنترل EMG و طراحی بازوبند رباتیک نرم دو وجهی چند کاناله سفارشی، با امانوئل توگنولی، دکتری، یکی از نویسندگان، استاد پژوهشی، گروه روانشناسی و مرکز FAU کار کردند.
بازوبند با محرک‌های نرم تعبیه شده بود تا حس متناسب نیروهای تماس را منتقل کند. محرک‌های ارتعاشی برای نشان دادن شکستن شی (های) گرفته شده در نظر گرفته شدند. بازوبند برای بازخورد لمسی در سه مکان مربوط به انگشت شست، اشاره و انگشت کوچک طراحی شده است، تعداد کافی برای انتقال دامنه نیروهای اعمال شده به هر دو جسم که با دست گرفته می‌شود. این بازوبند دارای سه محفظه هوا است که هر کدام به طور متناسب با یکی از سه BioTac تعبیه شده در نوک انگشت Shadow Hand مطابقت دارد. بازوبند همچنین مجهز به سه محرک ارتعاشی است که در صورت شکسته شدن شیء(های) موجود در چنگال (اگر از یک یا هر دو آستانه نیرو فراتر رفته باشد) می‌لرزند و به سوژه هشدار می‌دهند.

نمونه‌هایی از کنترل چندمنظوره نشان‌داده‌شده در مطالعه ما شامل کنترل متناسب کارتی بود که بین انگشت اشاره و انگشت میانی در همان زمانی که از انگشت شست و انگشت کوچک برای باز کردن درب بطری آب استفاده می‌شد، قرار داشت. یکی دیگر از نمونه‌های کنترل هم‌زمان با توپی بود که با سه انگشت گرفته می‌شد در حالی که انگشت کوچک به طور هم‌زمان برای تغییر کلید چراغ استفاده می‌شد.
Moaed A. Abd، نویسنده اول و دکتری. دانشجو، گروه مهندسی مکانیک و اقیانوس FAU
اطلاعات حاصل از این مطالعه می‌تواند در عملیات آتی بسیار پیچیده دو دستی، مانند موارد مورد نیاز جراحان و گیتاریست‌ها، با هدف توانمند ساختن افراد دارای معلولیت برای پیگیری مسیرهای شغلی و سرگرمی‌هایی که در حال حاضر برایشان دست نیافتنی نیست، مورد استفاده قرار گیرد.

ابتلا باتالاما، دکتری، گفت: فعال کردن کنترل ماهرانه یک مشکل بسیار پیچیده برای حل است و همچنان یک حوزه تحقیقاتی فعال است زیرا نه تنها به تفسیر کنترل درک انسان نیاز دارد، بلکه به بازخورد لمسی تکمیلی احساسات لامسه نیز نیاز دارد. با این مطالعه نوآورانه، محققان به از دست دادن حس لامسه می‌پردازند، که در حال حاضر یک مانع بزرگ در جلوگیری از انجام چند کار یا استفاده از مهارت کامل دست‌های مصنوعی در افراد دارای معلولیت اندام فوقانی است.

سایر نویسندگان این مطالعه عبارت‌اند از: جوزف اینگیکو، فارغ التحصیل دانشکده مهندسی و علوم کامپیوتر FAU و یکی از اعضای آزمایشگاه رباتیک زیستی در بخش مهندسی اقیانوس و مکانیک FAU و داگلاس تی هاچینسون، M.D.، جراح ارتوپد دست وابسته به بیمارستان‌ها و کلینیک‌های دانشگاه یوتا.

این تحقیق توسط مؤسسه ملی تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی زیستی مؤسسه ملی بهداشت (NIH) پشتیبانی شد. مؤسسه ملی پیری NIH؛ بنیاد ملی علوم؛ وزارت انرژی ایالات متحده؛ صندوق ولکام باروز، و کمک‌های مالی از مؤسسه مغز FAU Stiles-Nicholson و FAU I-SENSE.