PossessedHand regelt de handbeweging met elektrische stimulatie

Anonim

PossessedHand regelt de handbeweging met elektrische stimulatie

Wetenschap

Paul Ridden

4 juli 2011

11 afbeeldingen

Het PossessedHand-systeem maakt gebruik van niet-invasieve elektrische stimulatie van de spieren in de onderarm om de beweging van de gewrichten in de hand te regelen - waardoor beginnende Koto-spelers sneller leren (Foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

Het is vaak tijdens die vroege stadia van het leren spelen van een nieuw instrument dat veel mensen in wanhoop opgeven. Ook al zweer je dat je de juiste noten raakt, toch klinkt alles nog steeds als een oude grammofoonopname die met de verkeerde snelheid wordt afgespeeld. Kon je alleen maar iemand de controle over je handen geven om snel door de moeilijke herhalingsfase heen te spoelen voordat de spierherinnering begint en het stuk dat je probeert te spelen, meer klinkt zoals het zou moeten klinken. Dat is precies het soort potentieel dat het PossessedHand-project biedt. Elektrodenverpakkingsarmbanden op de onderarm van een gebruiker sturen elektrische pulsen door de spieren om de controle over de beweging van de hand te nemen - met beginnende Koto-spelers die het systeem testen en grotere nauwkeurigheid en snellere vooruitgang hebben aangetoond.

Het doel van het PossessedHand-project was om een ​​ondersteuningssysteem te ontwikkelen voor het bespelen van muziekinstrumenten, waarbij gebruikers snel de gebaren, positionering en timing konden leren die nodig zijn voor een muziekstuk zonder dat ze handschoenen van het handtype moeten dragen die de beweging van hun vingers digitaal besturen. Door twee riemen op de onderarm van een gebruiker te plaatsen - elk met een aantal niet-invasieve elektrodepads - konden onderzoekers effectief vijf onafhankelijke en 11 gekoppelde gewrichten in de hand nemen om de beweging van individuele vingers van de drager elektrisch te regelen. 's hand.

Veel van de spieren die worden gebruikt om vingers te bewegen - zoals de oppervlakkige buigspier, de diepe buigspier, de lange buigspier van de duim, de gewone digitale extensor-spier, de flexor-carpi radialis-spier, de lange palmaire spier en de flexor-carpi-ulnarisspier - bevinden zich in de onderarm. Beweging van de gewrichten kan worden gecontroleerd door deze spieren te stimuleren met elektrische pulsen. De onderzoekers ontdekten ook dat spieren op verschillende dieptes in de onderarm reageren op verschillende spanningssterkten, waardoor het systeem in staat is om de controle over in totaal 16 gewrichten over te nemen in de hand van de gebruiker.

Het PossessedHand-prototype bestaat uit een batterij, een condensator, een timingvolume, een schakelpaneel (Photo-MOS Relays Series AQV221), een microcontroller en massieve gelelektrodepads op twee riemen. Eén armband wordt op het bovenste deel van de onderarm en de andere lager geplaatst en vervolgens via USB op de pc aangesloten en bestuurd door een speciaal ontwikkelde grafische gebruikersinterface. De pulsbreedte is 0, 2 ms en het spanningsbereik is 17 - 29 V.

Om problemen bij de precieze positionering van de elektroden ten opzichte van specifieke spieren bij verschillende gebruikers te overwinnen, proppen de onderzoekers 14 elektroden in elk van de twee armbanden en ontwikkelden vervolgens een geautomatiseerd kalibratiesysteem. Het systeem schat de relatie tussen de 28 elektroden, het niveau van stimulatie en de benodigde hoeveelheid spierbeweging.

Vrijwilligers werden geblinddoekt en gevraagd om te identificeren welke gewrichten door het systeem werden verplaatst en de reacties op PossessedHand liepen uiteen van Scary, gewoon eng om te voelen alsof mijn onderarm door iemand werd aangeduwd om te voelen dat mijn lichaam was gehackt .

Het team heeft vervolgens Japanse Koto-scores getranscribeerd in PossessedHand-scores, waaronder informatie over welke vinger moet worden verplaatst en wanneer. Twee beginners wisselden vervolgens af tussen door het systeem ondersteund en niet-ondersteund muziekspel, waarbij de arm in beide gevallen werd geplaatst op het 13-snarige instrument dat door de gebruiker werd uitgevoerd. Het team merkte een aanzienlijke vermindering op van tijdfouten en minder vingerzettingsfouten toen PossessedHand actief was.

Het is ook belangrijk wanneer je een muziekinstrument bespeelt om de juiste hoeveelheid kracht op het juiste moment toe te passen. Helaas konden de experimenten met PossessedHand niet voldoende elektrisch kracht stimuleren om een ​​voorwerp te begrijpen of een instrument te bespelen. Als zodanig lijkt dit te passen in leersystemen zoals Piano Hands en Piano Maestro.

Dergelijke technologie kan ook worden toegepast bij de behandeling van mensen die lijden aan een verminderde spiercontrole of worden gebruikt door professionals die snel de behendigheid willen verbeteren, zoals chirurgen.

Het artikel getiteld PossessedHand: Technieken voor het beheersen van menselijke handen met elektrische spierstimuli van Emi Tamaki, Takashi Miyaki en Jun Rekimoto werd gepresenteerd op de ACM CHI-conferentie over menselijke factoren in computersystemen in Vancouver, Canada in mei 2011.

Het PossessedHand-systeem werd onlangs getoond tijdens de World Haptics Conference in Istanbul, Turkije.

Het PossessedHand-systeem maakt gebruik van niet-invasieve elektrische stimulatie van de spieren in de onderarm om de beweging van de gewrichten in de hand te regelen - waardoor beginnende Koto-spelers sneller leren (Foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

PossessedHand stimuleert de spieren in de onderarm om de vinger van een drager te bewegen (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

PossessedHand stimuleert de spieren in de onderarm om de vinger van een drager te bewegen (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

PossessedHand stimuleert de spieren in de onderarm om de vinger van een drager te bewegen (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

PossessedHand stimuleert de spieren in de onderarm om de vinger van een drager te bewegen (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

De grafische gebruikersinterface die wordt gebruikt om de handbeweging van een PossessedHand-gebruiker te besturen (Foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

Elk van de twee onderarmbanden bevat 14 massieve gelelektroden (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

Het stimuleren van de spieren in de onderarm kan de beweging van de gewrichten in de hand regelen (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

De PossessedHand-onderarmriemen worden gebruikt om de beweging van het middencijfer van de gebruiker te regelen (Foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

Het PossessedHand-systeem doorbreken (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)

Het PossessedHand-systeem (foto: Emi Tamaki en Jun Rekimoto / University of Tokyo)