新型可穿戴臂章幫助假手用戶抓握

對于假手使用者來說，在鍵盤上打字、按遙控器上的按鈕或給孩子編頭發仍然是難以捉摸的。使用當前的肌電假手，用戶一次只能控制一個抓握功能，即使現代人工手在機械上能夠單獨控制所有五個手指。

一項使用觸覺/觸覺反饋、肌電圖 (EMG) 控制和創新的可穿戴軟機器人臂章的首創研究可能會改變長期期待靈巧性進步的假手用戶的游戲規則。該研究的結果可能會促進當前和未來的人造手由缺肢者控制的方式發生范式轉變。

佛羅里達大西洋大學工程與計算機科學學院的研究人員與 FAU 的 Charles E. Schmidt 科學學院合作，研究了人們是否可以精確地控制施加在兩個不同物體上的抓握力，同時用一只靈巧的人工手抓握。

在這項研究中，他們還通過在實驗設計中系統地阻止視覺和觸覺反饋來探索視覺反饋在這個復雜的多任務模型中所起的作用。此外，他們研究了與一次一個的方法相比，在同時進行的物體運輸實驗中節省時間的潛力。為了完成這些任務，他們設計了一種新穎的多通道可穿戴軟機械臂帶，以向機械手用戶傳達人工觸覺。

發表在《科學報告》上的結果表明，多個觸覺反饋通道使受試者能夠用靈巧的假手同時成功地抓住和運輸兩個物體，而不會折斷或掉落它們，即使他們對兩個物體的視線都受到阻礙。

此外，與先前研究中常用的一次一個方法相比，同步控制方法縮短了運輸和交付兩個物體所需的時間。值得注意的是，對于臨床翻譯，研究人員沒有發現肢體缺失受試者與其他受試者在任務中的關鍵績效指標方面存在顯著差異。重要的是，即使在視覺可用的情況下，受試者也定性地認為觸覺反饋比視覺反饋重要得多，因為在抓取的物體被破壞或掉落之前，通常幾乎沒有視覺上可感知的警告。

“我們的研究首次證明了這種復雜的同時控制任務的可行性，同時無創地集成了多個觸覺反饋通道，”學院 FAU 海洋與機械工程系教授兼通訊作者 Erik Engeberg 博士說工程和計算機科學博士，FAU 復雜系統和腦科學中心成員，Charles E. Schmidt 科學學院成員，I-SENSE 和 FAU Stiles-Nicholson 腦研究所成員。“我們的研究參與者都沒有大量使用 EMG 控制的人工手，但他們能夠在兩次簡短的培訓后學會利用這種多任務處理功能。”

為了提供觸覺反饋，Engeberg 和研究團隊與 Emmanuelle Tognoli 博士(合著者、FAU 心理學系和研究中心的研究教授)一起致力于定制制造的多通道雙峰軟機器人臂帶的 EMG 控制和設計。復雜系統和腦科學，FAU Stiles-Nicholson 腦研究所成員。

臂章配有軟致動器，以傳達接觸力的比例感;包括振動觸覺刺激器以指示抓握的物體是否已損壞。臂章設計用于在對應于拇指、食指和小指的三個位置進行觸覺反饋，其數量足以傳達施加于手抓的兩個物體的力的幅度。臂章有三個氣室，每個氣室都按比例對應于 Shadow Hand 指尖上配備的三個 BioTac 之一。臂章還配備了三個位于同一位置的振動觸覺致動器，如果抓握中的物體被破壞(如果超過一個或兩個力閾值)，它們會振動以提醒受試者。

“我們研究中展示的多功能控制示例包括在食指和中指之間夾住一張卡片的比例控制，同時用拇指和小指擰開水瓶蓋。另一個同時控制演示是用三個手指抓住一個球，同時用小指撥動電燈開關，”第一作者、博士 Moaed A. Abd 說。FAU海洋與機械工程系的學生。

從研究中發現的信息可用于未來高度復雜的雙手操作框架，例如外科醫生和吉他手所需的框架，目標是使上肢缺席的人能夠追求目前無法實現的職業道路和娛樂追求。

“實現精細的靈巧控制是一個需要解決的高度復雜的問題，并且仍然是一個活躍的研究領域，因為它不僅需要解釋人類的抓握控制意圖，還需要補充觸覺反饋，” Stella Batalama 博士說。 D.，FAU 工程與計算機科學學院院長。“通過這項創新研究，我們的研究人員正在解決觸覺喪失的問題，這是目前防止上肢缺席的人執行多項任務或使用假手的全部靈巧性的主要障礙。”

其他研究合著者包括 FAU 工程與計算機科學學院畢業生、FAU 海洋與機械工程系生物機器人實驗室成員 Joseph Ingicco;Douglas T. Hutchinson 醫學博士是猶他大學醫院和診所的 一名手部整形外科醫生。