新型可穿戴臂章帮助假手用户抓握

对于假手使用者来说，在键盘上打字、按遥控器上的按钮或给孩子编头发仍然是难以捉摸的。使用当前的肌电假手，用户一次只能控制一个抓握功能，即使现代人工手在机械上能够单独控制所有五个手指。

一项使用触觉/触觉反馈、肌电图 (EMG) 控制和创新的可穿戴软机器人臂章的首创研究可能会改变长期期待灵巧性进步的假手用户的游戏规则。该研究的结果可能会促进当前和未来的人造手由缺肢者控制的方式发生范式转变。

佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院的研究人员与 FAU 的 Charles E. Schmidt 科学学院合作，研究了人们是否可以精确地控制施加在两个不同物体上的抓握力，同时用一只灵巧的人工手抓握。

在这项研究中，他们还通过在实验设计中系统地阻止视觉和触觉反馈来探索视觉反馈在这个复杂的多任务模型中所起的作用。此外，他们研究了与一次一个的方法相比，在同时进行的物体运输实验中节省时间的潜力。为了完成这些任务，他们设计了一种新颖的多通道可穿戴软机械臂带，以向机械手用户传达人工触觉。

发表在《科学报告》上的结果表明，多个触觉反馈通道使受试者能够用灵巧的假手同时成功地抓住和运输两个物体，而不会折断或掉落它们，即使他们对两个物体的视线都受到阻碍。

此外，与先前研究中常用的一次一个方法相比，同步控制方法缩短了运输和交付两个物体所需的时间。值得注意的是，对于临床翻译，研究人员没有发现肢体缺失受试者与其他受试者在任务中的关键绩效指标方面存在显着差异。重要的是，即使在视觉可用的情况下，受试者也定性地认为触觉反馈比视觉反馈重要得多，因为在抓取的物体被破坏或掉落之前，通常几乎没有视觉上可感知的警告。

“我们的研究首次证明了这种复杂的同时控制任务的可行性，同时无创地集成了多个触觉反馈通道，”学院 FAU 海洋与机械工程系教授兼通讯作者 Erik Engeberg 博士说工程和计算机科学博士，FAU 复杂系统和脑科学中心成员，Charles E. Schmidt 科学学院成员，I-SENSE 和 FAU Stiles-Nicholson 脑研究所成员。“我们的研究参与者都没有大量使用 EMG 控制的人工手，但他们能够在两次简短的培训后学会利用这种多任务处理功能。”

为了提供触觉反馈，Engeberg 和研究团队与 Emmanuelle Tognoli 博士(合著者、FAU 心理学系和研究中心的研究教授)一起致力于定制制造的多通道双峰软机器人臂带的 EMG 控制和设计。复杂系统和脑科学，FAU Stiles-Nicholson 脑研究所成员。

臂章配有软致动器，以传达接触力的比例感;包括振动触觉刺激器以指示抓握的物体是否已损坏。臂章设计用于在对应于拇指、食指和小指的三个位置进行触觉反馈，其数量足以传达施加于手抓的两个物体的力的幅度。臂章有三个气室，每个气室都按比例对应于 Shadow Hand 指尖上配备的三个 BioTac 之一。臂章还配备了三个位于同一位置的振动触觉致动器，如果抓握中的物体被破坏(如果超过一个或两个力阈值)，它们会振动以提醒受试者。

“我们研究中展示的多功能控制示例包括在食指和中指之间夹住一张卡片的比例控制，同时用拇指和小指拧开水瓶盖。另一个同时控制演示是用三个手指抓住一个球，同时用小指拨动电灯开关，”第一作者、博士 Moaed A. Abd 说。FAU海洋与机械工程系的学生。

从研究中发现的信息可用于未来高度复杂的双手操作框架，例如外科医生和吉他手所需的框架，目标是使上肢缺席的人能够追求目前无法实现的职业道路和娱乐追求。

“实现精细的灵巧控制是一个需要解决的高度复杂的问题，并且仍然是一个活跃的研究领域，因为它不仅需要解释人类的抓握控制意图，还需要补充触觉反馈，” Stella Batalama 博士说。 D.，FAU 工程与计算机科学学院院长。“通过这项创新研究，我们的研究人员正在解决触觉丧失的问题，这是目前防止上肢缺席的人执行多项任务或使用假手的全部灵巧性的主要障碍。”

其他研究合著者包括 FAU 工程与计算机科学学院毕业生、FAU 海洋与机械工程系生物机器人实验室成员 Joseph Ingicco;Douglas T. Hutchinson 医学博士是犹他大学医院和诊所的 一名手部整形外科医生。