Влияние формы стимула на разрешение механотактильных систем

В.Ю. Букин; А.А. Догадов; М.Е. Емелин; А.Н. Брико; С.И. Щукин

doi:10.18127/j15604136-201906-02

Влияние формы стимула на разрешение механотактильных систем

В.Ю. Букин¹, А.А. Догадов², М.Е. Емелин³, А.Н. Брико⁴, С.И. Щукин⁵

научная статья УДК 616-77 Страницы: 6-11 doi.org/10.18127/j15604136-201906-02

¹ магистрант, кафедра «Медико-технические информационные технологии» (БМТ-2), МГТУ им. Н.Э. Баумана
² Ph.D., научный сотрудник, Лаборатория GIPSA-Lab, университет Гренобль-Альпы (Франция)
³ магистрант, МГТУ им. Н.Э. Баумана; Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена
⁴ ассистент, кафедра «Медико-технические информационные технологии» (БМТ-2), МГТУ им. Н.Э. Баумана
⁵ д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Медико-технические информационные технологии» (БМТ-2), МГТУ им. Н.Э. Баумана

Ключевые слова: Обратная связь механотактильная стимуляция тактильная чувствительность

Аннотация

Постановка проблемы. Одним из способов реализации обратной связи в протезе является механотактильная стимуляция. В процессе разработки таковой необходимо учесть влияние формы стимула на точность передачи информации.

Цель – экспериментальное сравнение распознаваемости человеком тактильных стимулов разной формы.

Результаты. В качестве стимулов использовались цилиндрические и полусферические элементы, которыми осуществлялось надавливание на кожу. На выборке из семи испытуемых было показано, что для создания тактильного стимула, соответствующего порогу восприятия, давящий элемент, имеющий цилиндрическую форму, требует приложения в 2,42 раза большей силы, чем полусферический; разница между надпороговой и пороговой силой воздействия у полусферического давящего элемента в 1,2 раза меньше, чем у цилиндрического. Таким образом, в механотактильных системах форма стимула может влиять на динамический диапазон, а также на энергопотребление, поскольку при худшей распознаваемости стимула требуются более амплитудные воздействия для тактильного раздражения.

Практическая значимость. Результаты этой работы могут быть использованы при разработке систем механотактильной обратной связи в протезах.

Для цитирования

Букин В.Ю., Догадов А.А., Емелин М.Е., Брико А.Н., Щукин С.И. Влияние формы стимула на разрешение механотактильных систем // Биомедицинская радиоэлектроника. 2019. № 6. С. 6–11. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-201906-02

Список источников

Panarese A., Edin B.B., Vecchi F., Carrozza M.C., Johansson R.S. Humans can integrate force feedback to toes in their sensorimotor control of a robotic hand // IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 2009. № 17(6). P 560–567.
Sensinger J.W., Schultz A.E., Kuiken T.A. Examination of force discrimination in human upper limb amputees with reinnervated limb sensation following peripheral nerve transfer // IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 2009. № 17(5). P 438–444.
Antfolk C., Cipriani C., Carrozza M.C. et al. Transfer of tactile input from an artificial hand to the forearm: experiments in amputees and able-bodied volunteers // Disabil. Rehabil. Assist. Technol. 2013. May. № 8(3). P 249–254.
Katherine R.S., Michael R.D., Jonathon S.S., Jason P.C., Jacqueline S.H. Design and Integration of an Inexpensive Wearable Mechanotactile Feedback System for Myoelectric Prostheses // IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 2018 (September). № 10.
Armiger R.S., Tenore F.V., Katyal K.D., Johannes M.S., Makhlin A., Natter M.L., Colgate J.E., Bensmaia S.J., Vogelstein R.J. Enabling Closed-Loop Control of the Modular Prosthetic Limb Through Haptic Feedback // Johns Hopkins APL Technical Digest. 2013. V. 31. Nomber 4. P 345–353.
Kim K., Colgate J.E., Santos-Munne J.J., Makhlin A., Peshkin M.A. On the Design of Miniature Haptic Devices for Upper Extremity Prosthetics // IEEE/ASME Transactions On Mechatronics. 2010. V. 15. № 1. FEBRUARY 2010. P. 27–39.

[1] Panarese A., Edin B.B., Vecchi F., Carrozza M.C., Johansson R.S. Humans can integrate force feedback to toes in their sensorimotor control of a robotic hand // IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 2009. № 17(6). P 560–567.

[2] Sensinger J.W., Schultz A.E., Kuiken T.A. Examination of force discrimination in human upper limb amputees with reinnervated limb sensation following peripheral nerve transfer // IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 2009. № 17(5). P 438–444.

[3] Antfolk C., Cipriani C., Carrozza M.C. et al. Transfer of tactile input from an artificial hand to the forearm: experiments in amputees and able-bodied volunteers // Disabil. Rehabil. Assist. Technol. 2013. May. № 8(3). P 249–254.

[4] Katherine R.S., Michael R.D., Jonathon S.S., Jason P.C., Jacqueline S.H. Design and Integration of an Inexpensive Wearable Mechanotactile Feedback System for Myoelectric Prostheses // IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine. 2018 (September). № 10.

[5] Armiger R.S., Tenore F.V., Katyal K.D., Johannes M.S., Makhlin A., Natter M.L., Colgate J.E., Bensmaia S.J., Vogelstein R.J. Enabling Closed-Loop Control of the Modular Prosthetic Limb Through Haptic Feedback // Johns Hopkins APL Technical Digest. 2013. V. 31. Nomber 4. P 345–353.

[6] Kim K., Colgate J.E., Santos-Munne J.J., Makhlin A., Peshkin M.A. On the Design of Miniature Haptic Devices for Upper Extremity Prosthetics // IEEE/ASME Transactions On Mechatronics. 2010. V. 15. № 1. FEBRUARY 2010. P. 27–39.