Ученые из Ecole polytechnique federale de Lausanne (EPFL) показали, что дыхание может быть использовано для управления носимой роботизированной рукой, не препятствуя при этом управлению другими частями тела.
Нейроинженер Сильвестро Мицера разрабатывает передовые технологические решения, помогающие людям восстановить утраченные сенсорные и моторные функции. Ранее “он никогда не работал над улучшением человеческого тела”.
Теперь в исследовании, опубликованном в журнале Science Robotics, Мицера и его команда сообщают о том, как можно контролировать движение диафрагмы для успешного управления третьей роботизированной рукой.
Исследование является частью проекта Third-Arm, ранее получившим финансирование от Swiss National Science Foundation, целью которого является создание носимой роботизированной руки для помощи в выполнении повседневных задач или для помощи в поисково-спасательных операциях. Мицера считает, что изучение когнитивных ограничений, связанных с управлением третьей рукой, может открыть путь к лучшему пониманию человеческого мозга.
Мицера говорит: "Основная мотивация этого управления третьей рукой - понять нервную систему. Если поставить мозг перед необходимостью сделать что-то совершенно новое, можно узнать, способен ли он это сделать и можно ли облегчить это обучение. Затем мы сможем использовать эти знания для разработки, например, вспомогательных устройств для людей с ограниченными возможностями или протоколов реабилитации после инсульта".
"Мы хотим понять, заложено ли в нашем мозге управление тем, что дала нам природа, и мы показали, что человеческий мозг может адаптироваться к координации новых конечностей в тандеме с нашими биологическими, - объясняет Солайман Шокур, соавтор исследования. - Речь идет о приобретении новых двигательных функций, расширении возможностей, выходящих за рамки существующих у конкретного пользователя, будь то здоровый человек или инвалид. С точки зрения нервной системы, это непрерывный процесс между реабилитацией и аугментацией".
Чтобы изучить когнитивные ограничения аугментации, исследователи сначала создали виртуальную среду для проверки способности здорового пользователя управлять виртуальной рукой с помощью движения диафрагмы. Они обнаружили, что управление диафрагмой не мешает таким действиям, как управление физиологическими руками, речью или взглядом. Надев VR гарнитуру, пользователь видит три руки: правую и левую руку, а также третью руку между ними с симметричной шестипалой кистью.
"Мы сделали эту руку симметричной, чтобы избежать любого смещения в сторону левой или правой руки", - объясняет Джулия Домиджанни, аспирант EPFL.
В виртуальной среде пользователю предлагается протянуть одну из трех рук. В реальности пользователь держится обеими руками за экзоскелет, который позволяет управлять виртуальными левой и правой руками. Движения, распознаваемые поясом на диафрагме, используются для управления третьей рукой. Установка была протестирована на 61 человеке в течение более 150 сеансов.
"Управление третьей рукой с помощью диафрагмы на самом деле очень интуитивно, и участники быстро научились управлять дополнительной конечностью, - объясняет Домиджанни. - Более того, наша стратегия управления по своей сути не зависит от биологических конечностей, и мы показали, что управление диафрагмой не влияет на способность пользователя связно говорить".
Исследователи также успешно протестировали управление диафрагмой с помощью упрощенной роботизированной руки в виде стержня. Когда пользователь сокращает диафрагму, стержень выдвигается. В эксперименте пользователя просят дотянуться и навестись на целевые круги левой или правой рукой, или с помощью роботизированного стержня.
Предыдущие исследования в рамках проекта Third-Arm были направлены на помощь людям с ампутированными конечностями. Это новое исследование направлено на дополнение человеческого тела.
"Наш следующий шаг - изучение использования более сложных роботизированных устройств с помощью различных стратегий управления для выполнения реальных задач как в лаборатории, так и за ее пределами. Только тогда мы сможем понять реальный потенциал этого подхода", - заключает Мицера.
Комментарии
(0) Добавить комментарий