FAU ontvangt $ 1,2 miljoen NSF-subsidie ​​om prothetische handbediening te transformeren

Prothetische hand, kunstmatige handen, AI, kunstmatige intelligentie, handbesturing machinaal leren, geamputeerden, behendigheid, geautomatiseerde training, leren van versterking, detectietechnologie, grijpfunctie

De technologie stelt geamputeerden in staat om hun individuele potentieel voor het beheersen van de volledige behendigheid van kunstmatige handen te maximaliseren.


De meeste mensen gebruiken hun handen naadloos om dagelijkse taken en complexere taken uit te voeren, zoals het bespelen van een muziekinstrument. Maar voor meer dan 1,6 miljoen Amerikanen en miljoenen wereldwijd die een ledemaat hebben verloren, schieten prothesehanden gewoon te kort.

De huidige prothetische handen hebben vijf afzonderlijk bediende cijfers, maar er kan slechts één grijpfunctie tegelijk worden bediend. Dus de mogelijkheid om een ​​schroevendraaier of blikopener te gebruiken is grotendeels onmogelijk en meer geavanceerde taken blijven voer voor sciencefictionfilms.

Onderzoekers van het College of Engineering and Computer Science van Florida Atlantic University pakken deze tekortkomingen aan. Ze hebben een vierjarige subsidie ​​van $ 1,2 miljoen ontvangen van de National Science Foundation om geamputeerden in staat te stellen hun individuele potentieel voor het beheersen van de volledige behendigheid van kunstmatige handen te maximaliseren.

Het project omvat een nieuwe bimodale huidsensor die machine learning motorintentieclassificatie-algoritmen en versterkend leren combineert. Clinici zullen in de loop van een jaar met 10 studiedeelnemers communiceren voor spiertraining met behulp van een smartphone.

„Alles dat de basisfunctionaliteit overschrijdt, blijft ongrijpbaar voor prothesehanden, ook al zijn ze mechanisch tot dergelijke prestaties in staat“, zegt Erik Engeberg, Ph.D., hoofdonderzoeker en professor aan de afdeling Oceaan en Werktuigbouwkunde van de FAU. „Een belangrijk knelpunt dat meer geavanceerde functionaliteit beperkt, is het ontbreken van een intuïtieve biosignaalclassificatiemethode die de handmotorintentie op betrouwbare wijze kan interpreteren, evenals mensen voor een breed scala aan taken. Dit is geen eenvoudige prestatie.”

Engeberg en co-PI/sleutelpersoneel Xiangnan Zhong, Ph.D., een assistent-professor in de afdeling Elektrotechniek en Computerwetenschappen van de FAU; Douglas T. Hutchinson, MD, orthopedisch chirurg en professor in de afdeling Orthopedie, Universiteit van Utah; en Harvey Chim, MD, een professor in plastische chirurgie en neurochirurgie aan de University of Florida Health, zal methoden onderzoeken om mensen die afwezig zijn in de bovenste ledematen te helpen geavanceerde controle over geavanceerde prothetische handen te leren met dit geautomatiseerde trainingsregime dat thuis kan worden gebruikt.

„Door dit aspect van de gezondheidszorg te automatiseren met functionaliteit voor leren op afstand, kunnen gehandicapten sneller, gemakkelijker en tegen lagere kosten toegang krijgen tot behandelingen“, zegt Engeberg.

Momenteel worden polsbuigers gebruikt om de prothesehand te sluiten, terwijl de strekspieren de prothesehand openen. De gebruiker moet dan op onnatuurlijke wijze tussen verschillende greeptypes wisselen. Hoewel er talloze opties zijn voor behendige draagbare co-robotassistenten, zoals prothetische handen, overtreft de behendigheid van deze apparaten snel het vermogen van mensen om ze intuïtief te bedienen.

Een belangrijke oorzaak van dit probleem is het onvermogen om de bedoelingen van de menselijke operator in de loop van maanden en jaren betrouwbaar te interpreteren. Een ander probleem is dat de wetenschap achter aanpasbare trainingsprogramma’s om mensen met een handicap in staat te stellen het volledige potentieel van prothetische handen te benutten, nog niet diepgaand is onderzocht.

„Deze niet-intuïtieve functionaliteit is de reden waarom veel geamputeerden het gebruik van kunstmatige ledematen afwijzen, wat jammer is vanwege de negatieve neveneffecten op het werk en voor plezier, die hun kwaliteit van leven drastisch beïnvloeden“, zegt Engeberg. “De huidige klinische state-of-the-art heeft een minimaal niveau van behendige beheersbaarheid; het overwinnen van dit probleem is het doel van ons onderzoek.”

Voor elk van de 10 geamputeerden die voor het onderzoek zijn gerekruteerd, zullen de onderzoekers hun resterende ledematen in 3D scannen om nauwsluitende prothetische kokers te fabriceren die in de loop van het programma kunnen worden aangepast aan verwachte veranderingen in de musculatuur van de restledemaat. Ze zullen een nieuwe bimodale robothuid ontwikkelen om biocontrolesignalen in de restledemaat te detecteren, die zal worden geïntegreerd in de op maat gemaakte prothetische kokers om beperkingen met de huidige detectietechnologie te overwinnen. Onderzoekers zullen de classificatie-algoritmen trainen met behulp van gegevens die zijn verzameld uit in-home experimenten die in de loop van een jaar zijn uitgevoerd.

De technologie zal het onderzoeksteam ook de mogelijkheid bieden om de gebruiksgegevens van de patiënten vanaf afgelegen locaties te monitoren, wat brede toepassingen heeft om mensen met een handicap over de hele wereld te verbinden met speciaal opgeleide klinische teams. De klinische praktijk vereist tegenwoordig dat mensen in fysiotherapieprogramma’s hun therapeut bezoeken voor persoonlijke evaluaties voorafgaand aan progressie in het trainingsregime, wat een langdurig en duur proces is dat soms onpraktisch is, afhankelijk van de afstand die nodig is om te reizen.

„Het verliezen van een bovenste ledemaat heeft een verwoestende invloed op het vermogen om gewone dagelijkse activiteiten uit te voeren“, zegt Stella Batalama, Ph.D., decaan, FAU College of Engineering and Computer Science. „De unieke holistische benadering ontwikkeld door professor Engeberg en zijn collega’s om de state-of-the-art te transformeren voor behendige controle van prothetische handen zou voorheen onoverkomelijke barrières kunnen doorbreken.“

Daarnaast zal het onderzoek van deze subsidie ​​worden gebruikt om leerervaringen te creëren voor middelbare scholieren uit huishoudens met een laag inkomen om de volgende generatie ingenieurs en wetenschappers te helpen opleiden.

//

-FAU-

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert