착용 가능한 로봇 팔로 신체를 강화하기 위한 인지 전략

신경공학자인 Silvestro Micera는 사람들이 외상성 사건이나 신경 장애로 인해 상실된 감각 및 운동 기능을 회복할 수 있도록 돕는 고급 기술 솔루션을 개발합니다. 지금까지 그는 기술의 도움으로 인체와 인지력을 향상시키는 작업을 한 적이 없었습니다.

이제 에 발표된 연구에서 과학로봇공학, Micera와 그의 팀은 여분의 팔을 성공적으로 제어하기 위해 횡경막 움직임을 모니터링하여 본질적으로 세 번째 로봇 팔로 건강한 개인을 강화할 수 있는 방법에 대해 보고합니다.

“이 연구는 추가 팔을 광범위하게 제어할 수 있고 두 개의 자연 팔을 동시에 제어할 수 있음을 보여줌으로써 새롭고 흥미로운 기회를 열어줍니다.”라고 EPFL의 중개 신경공학 분야 Bertarelli 재단 의장이자 Scuola Superiore Sant의 생체전자공학 교수인 Micera는 말합니다. ‘안나.

이 연구는 이전에 스위스 국립과학재단(NCCR Robotics)이 자금을 지원한 Third-Arm 프로젝트의 일부로, 일상 작업을 지원하거나 수색 및 구조를 돕는 착용 가능한 로봇 팔을 제공하는 것을 목표로 합니다. Mikera는 제3의 팔 제어의 인지적 한계를 탐구하는 것이 실제로 인간 두뇌에 대한 더 나은 이해를 향한 관문을 제공할 수 있다고 믿습니다.

Micera는 계속해서 “이 세 번째 팔 제어의 주요 동기는 신경계를 이해하는 것입니다. 완전히 새로운 일을 뇌에 도전하면 뇌에 그 일을 할 수 있는 능력이 있는지, 그리고 이를 촉진하는 것이 가능한지 알 수 있습니다. 그런 다음 이 지식을 장애인을 위한 보조 장치나 뇌졸중 후 재활 프로토콜 등을 개발하는 데 전달할 수 있습니다.”

“우리는 우리의 뇌가 자연이 우리에게 준 것을 통제하도록 내장되어 있는지 알고 싶습니다. 그리고 우리는 인간의 뇌가 생물학적 팔다리와 함께 새로운 팔다리를 조정하는 데 적응할 수 있다는 것을 보여주었습니다.”라고 공동 PI인 Solaiman Shokur는 설명합니다. Neuro-X Institute의 연구 및 EPFL 수석 과학자입니다. “건강한 개인이든 장애인이든 특정 사용자의 기존 기능을 넘어서는 새로운 운동 기능을 획득하고 향상시키는 것입니다. 신경계 관점에서 보면 재활과 증강 사이의 연속체입니다.”

증강의 인지적 제약을 탐색하기 위해 연구원들은 먼저 횡경막의 움직임을 사용하여 가상 팔을 제어할 수 있는 건강한 사용자의 능력을 테스트하기 위해 가상 환경을 구축했습니다. 그들은 횡격막 제어가 생리적 팔, 말 또는 시선 제어와 같은 행동을 방해하지 않는다는 것을 발견했습니다.

이 가상 현실 설정에서 사용자는 다이어프램 움직임을 측정하는 벨트를 갖추고 있습니다. 가상 현실 헤드셋을 착용하면 사용자는 세 개의 팔, 즉 오른쪽 팔과 손, 왼쪽 팔과 손, 그리고 둘 사이에 있는 대칭형 여섯 손가락 손의 세 번째 팔을 볼 수 있습니다.

EPFL Neuro-X Institute의 PhD 학생인 Giulia Dominijanni는 “우리는 왼손이나 오른손으로의 편견을 피하기 위해 이 손을 대칭으로 만들었습니다.”라고 설명합니다.

가상 환경에서는 사용자에게 왼손, 오른손 또는 대칭 손을 사용하여 손을 뻗으라는 메시지가 표시됩니다. 실제 환경에서 사용자는 양팔로 외골격을 붙잡고 가상의 왼팔과 오른팔을 제어할 수 있습니다. 다이어프램 주위의 벨트에 의해 감지된 움직임은 가상 중앙의 대칭 팔을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이 설정은 150개가 넘는 세션에서 61명의 건강한 대상을 대상으로 테스트되었습니다.

“세 번째 팔의 횡경막 제어는 실제로 매우 직관적입니다. 참가자들은 여분의 사지를 매우 빠르게 제어하는 ​​방법을 학습합니다.”라고 Dominijanni는 설명합니다. “게다가 우리의 제어 전략은 본질적으로 생물학적 사지와 독립적이며 다이어프램 제어가 사용자의 일관되게 말하는 능력에 영향을 미치지 않는다는 것을 보여줍니다.”

연구원들은 또한 밖으로 뻗었다가 다시 들어갈 수 있는 막대로 구성된 단순화된 로봇 팔을 사용하여 다이어프램 제어를 성공적으로 테스트했습니다. 사용자가 다이어프램을 수축하면 막대가 밖으로 확장됩니다. VR 환경과 유사한 실험에서 사용자는 왼손이나 오른손 또는 로봇 막대를 사용하여 목표 원 위에 도달하고 마우스를 가져가도록 요청받습니다.

연구에서는 보고되지 않았지만 횡경막 외에도 흔적 귀 근육도 새로운 작업을 수행하는 데 있어 타당성을 테스트했습니다. 이 접근 방식에서는 사용자에게 귀 센서가 장착되어 있으며 미세한 귀 근육 움직임을 사용하여 컴퓨터 마우스의 변위를 제어하도록 훈련되었습니다.

Shokur는 “사용자는 잠재적으로 이러한 귀 근육을 사용하여 추가 사지를 제어할 수 있습니다.”라고 Shokur는 말합니다. 이러한 대체 제어 전략은 언젠가 운동 장애가 있는 사람들을 위한 재활 프로토콜 개발에 도움이 될 수 있다고 강조합니다.

세 번째 팔 프로젝트의 일부인 로봇 팔 제어에 관한 이전 연구는 절단 환자를 ​​돕는 데 중점을 두었습니다. 최신 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 연구는 인체를 수리하는 것 이상의 단계로 발전했습니다.

“우리의 다음 단계는 실험실 내부와 외부 모두에서 실제 작업을 수행하기 위해 다양한 제어 전략을 사용하여 보다 복잡한 로봇 장치의 사용을 탐구하는 것입니다. 그래야만 이 접근 방식의 실제 잠재력을 파악할 수 있을 것입니다. “라고 Mikera는 결론을 내렸습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/12/231213143711.htm