Desarrollan brazalete que transmite sensaciones artificiales del tacto a los usuarios de manos robóticas

Investigadores diseñan el primer brazalete robótico blando multicanal de su tipo que transmite sensaciones artificiales del tacto.

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.

Con las manos protésicas mioeléctricas actuales, los usuarios solo pueden controlar una función de agarre a la vez, aunque las manos artificiales modernas son mecánicamente capaces de controlar individualmente los cinco dígitos.

Un estudio único en su tipo que utiliza retroalimentación de sensación háptica/táctil, control de electromiograma (EMG) y un innovador brazalete robótico blando portátil podría cambiar las reglas del juego para los usuarios de manos protésicas que han esperado durante mucho tiempo avances en destreza.

Los hallazgos del estudio podrían catalizar un cambio de paradigma en la forma en que las personas sin extremidades controlan las manos artificiales actuales y futuras.

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

Para el estudio, también exploraron 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, estudiaron el potencial de ahorro de tiempo en un experimento de transporte simultáneo de objetos en comparación con un enfoque de uno a la vez.

Para llevar a cabo estas tareas, diseñaron un novedoso brazalete robótico blando portátil multicanal para transmitir sensaciones artificiales de tacto a los usuarios de manos robóticas.

Los resultados mostraron 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 visión de ambos objetos estaba obstruida.

Además, el enfoque de control simultáneo mejoró el tiempo requerido para transportar y entregar ambos objetos en comparación con el enfoque de uno a la vez comúnmente utilizado en estudios anteriores.

Cabe destacar que para la traducción clínica, los investigadores no encontraron diferencias significativas entre el sujeto con la extremidad ausente y los demás sujetos para las métricas de rendimiento clave en las tareas.

Es importante destacar que los sujetos calificaron cualitativamente la retroalimentación háptica como considerablemente más importante que la retroalimentación visual, incluso cuando la visión estaba disponible, porque 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 mientras integra múltiples canales de retroalimentación háptica de forma no invasiva“, dijo Erik Engeberg, Ph.D., autor y profesor, Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de la FAU, Universidad de Ingeniería y Ciencias de la Computación.

“Ninguno de los participantes de nuestro estudio había usado previamente de manera significativa manos artificiales controladas por EMG, pero pudieron aprender a aprovechar esta funcionalidad multitarea después de dos breves sesiones de capacitación”.

Para proporcionar retroalimentación háptica, Engeberg y el equipo de investigación trabajaron en el control EMG y el diseño del brazalete robótico blando bimodal multicanal fabricado a medida con Emmanuelle Tognoli, Ph.D., coautora, profesora de investigación, Departamento de Psicología y Centro de Complex Systems and Brain Sciences, y miembro del FAU Stiles-Nicholson Brain Institute.

El brazalete estaba equipado con actuadores blandos para transmitir una sensación proporcional de fuerzas de contacto.

Se incluyeron estimuladores vibrotáctiles para indicar si los objetos agarrados se habían roto.

El brazalete se diseñó 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 aplicadas a ambos objetos agarrados por la mano.

El brazalete tiene tres cámaras de aire, cada una de las cuales corresponde proporcionalmente a uno de los tres BioTacs equipados en las yemas de los dedos de Shadow Hand.

El brazalete también está equipado con tres actuadores vibrotáctiles ubicados en el mismo lugar que vibrarían para alertar al sujeto si los objetos en el agarre se hubieran roto (si se excedieron uno o ambos umbrales de fuerza).

“Ejemplos de control multifunción demostrados en nuestro estudio incluyen el control proporcional de una tarjeta que se pellizca entre los dedos índice y medio al mismo tiempo que el pulgar y el meñique se usan 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 dedo meñique se usaba simultáneamente para accionar un interruptor de luz”, dijo Moaed A. Abd, primer autor y Ph.D. estudiante del Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de la FAU.

La información descubierta en el estudio podría usarse en los marcos futuros de operaciones bimanuales altamente complejas, como las requeridas por cirujanos y guitarristas, con el objetivo de permitir que las personas con ausencia de extremidades superiores sigan carreras y actividades recreativas actualmente inalcanzables para ellos.

“Habilitar un control diestro refinado es un problema muy complejo de resolver y continúa siendo un área activa de investigación porque requiere no solo la interpretación de las intenciones de control del agarre humano, sino también la retroalimentación háptica complementaria de las sensaciones táctiles”, dijo Stella Batalama, Ph. D., decano de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU.

“Con este estudio innovador, nuestros investigadores están abordando la pérdida de sensaciones táctiles, que actualmente es un obstáculo importante para evitar que las personas con ausencia de extremidades superiores realicen múltiples tareas o utilicen toda la destreza de sus manos protésicas“.

Fuente: Newswise