स्मार्ट दस्ताना अभूतपूर्व सटीकता के साथ हाथ की गतिविधियों को ट्रैक करता है - फिजिक्स वर्ल्ड

कनाडा के ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय (यूबीसी) के शोधकर्ताओं द्वारा एक स्मार्ट दस्ताना विकसित किया गया है जो अभूतपूर्व सटीकता के साथ उंगली, हाथ और कलाई की गतिविधियों को ट्रैक करता है। टेक्सवी टेक्नोलॉजीज. धोने योग्य उपकरण व्यक्तिगत सेंसर फाइबर के साथ एम्बेडेड है जो सामग्री के खिंचाव और दबाव में छोटे बदलावों पर प्रतिक्रिया करता है। सेंसर वायरलेस रूप से इस जानकारी को मशीन लर्निंग एल्गोरिदम में संचारित करते हैं जो हाथ की सूक्ष्म गति का लगभग तुरंत अनुमान लगाता है।

गतिशीलता को दूरस्थ रूप से कैप्चर करने और रोबोटिक्स और आभासी वास्तविकता के लिए हाथ वस्तुओं के साथ कैसे बातचीत करते हैं, इसके बारे में जानकारी प्रदान करने के अलावा, दस्ताने स्ट्रोक और अन्य रोगियों के हाथ की गतिविधियों और पकड़ने की ताकतों का आकलन करने के लिए एक उपकरण प्रदान करता है। इस तरह के मूल्यांकन से मरीजों को यह फीडबैक प्राप्त करने में मदद मिल सकती है कि उन्हें अपने हाथ की गतिशीलता कार्यप्रणाली को बेहतर बनाने के लिए किन गतिविधियों पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता है।

नए डिज़ाइन में, द्वारा बनाया गया पेमन सर्वती और उनकी टीम, कई कस्टम-निर्मित फाइबर सेंसर को उंगलियों के जोड़ों, उंगलियों, कलाई और हथेली के ऊपर के बिंदुओं पर दस्ताने के फैलाए जाने योग्य कपड़े में सिल दिया जाता है। जोड़ों में हलचल, या किसी वस्तु के साथ हाथ के संपर्क के कारण दबाव, कपड़े में खिंचाव पैदा करता है। सेंसर अपनी मूल लंबाई के 0.005% से कम और 155% तक के विस्तार का पता लगा सकते हैं। ये सभी सेंसर, दस्ताने के पीछे एक वायरलेस प्रोसेसिंग बोर्ड से स्ट्रेची कनेक्टर के माध्यम से जुड़े हुए हैं, डेटा को एक एल्गोरिदम में फीड करते हैं जो 1.4 डिग्री की सटीकता के साथ संयुक्त कोणों का अनुमान लगाता है। आउटपुट हाथ के आकार की एक 3डी छवि है जो दस्ताना पहनने वाले की गतिविधियों का गतिशील रूप से अनुसरण करती है।

अच्छे सूत बुनना

सर्वती और उनके सहयोगियों ने हेलिकल सेंसर यार्न नामक विशेष फाइबर विकसित किया, जो पहनने योग्य कपड़ा सेंसर में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की प्रदर्शन सटीकता में सुधार करता है। इन फैलने योग्य धागों में एक लोचदार कोर होता है जो पेचदार रूप में धातु-लेपित नैनोफाइबर से लपेटा जाता है। एक पॉलिमर मैट्रिक्स और इलास्टोमेर शेल संरचना को एक साथ बांधते हैं, स्थायित्व, गतिशील रेंज और तन्य शक्ति प्रदान करते हैं। बाहरी खिंचाव/दबाव-मुक्ति चक्र एक साथ बंधे धात्विक नैनोफाइबर के संपर्क क्षेत्र को बदल देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनके विद्युत प्रतिरोध में परिवर्तन होता है। स्मार्ट दस्ताने बनाने के लिए इन धागों को नायलॉन-पॉलिएस्टर-स्पैन्डेक्स की दो परतों के बीच सिल दिया गया था।

मोशन-कैप्चर कैमरा सिस्टम का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने विभिन्न हाथ आकार वाले पांच प्रतिभागियों द्वारा हाथ की गति के तीन मिलियन से अधिक फ्रेम एकत्र किए। उन्होंने स्मार्ट दस्ताने पहने हुए थे जिन पर 16 बिंदुओं पर दृश्यमान लेबल अंकित थे। प्रतिभागियों ने वस्तुओं को पकड़ा, इशारों के बीच स्विच किया और अपनी उंगलियों को बेतरतीब ढंग से हिलाया। एक तंत्रिका-नेटवर्क आर्किटेक्चर ने दृश्यमान छवियों को एक साथ एकत्रित सेंसर डेटा के साथ मैप किया, जिसके परिणामस्वरूप एक मशीन लर्निंग मॉडल तैयार हुआ, जो सेंसर यार्न द्वारा मापे गए तनाव डेटा से हाथ के जोड़ के कोण और स्पर्श संबंधी जानकारी का अनुमान लगाता है।

“कुशल हाथ और उंगलियों की गतिविधियों को सटीकता के साथ कैद करना बहुत कठिन काम है। वर्तमान कैमरा-आधारित प्रणालियाँ महंगी हैं और उनमें सीमित दृश्य क्षेत्र की समस्याएँ हैं,'' सर्वती कहती हैं। न्यूनतम विलंब के साथ गति के दौरान उंगलियों और कलाई के कोण का अनुमान लगाने के लिए दस्ताने बाजार में सबसे सटीक डिज़ाइन है। यह स्वर्ण-मानक कैमरा उपकरण की सटीकता से मेल खाता है।

दस्ताने पहनने वाले विषयों ने यह भी परीक्षण किया कि दस्ताने ने रोजमर्रा के कार्यों से संबंधित विशिष्ट गतिविधियों को पकड़ने में कैसा प्रदर्शन किया। डिवाइस 98% सटीकता के साथ यादृच्छिक सतह पर बहु-उंगली आंदोलनों द्वारा "टाइप किए गए" शब्दों का पता लगाने में सक्षम था; इसमें 100% सटीकता के साथ अमेरिकी सांकेतिक भाषा से अनुकूलित 95 स्थिर और गतिशील इशारों का अनुमान लगाया गया है। इसने 34% सटीकता के साथ हाथ की पकड़ के आकार और बल से 98 वस्तुओं का भी पता लगाया - जिनमें मग, चश्मा, बेसबॉल और टेनिस गेंदें शामिल हैं।

धोएं, धोएं, दोहराएं

दस्ताने का एक उपयोग स्ट्रोक और उन रोगियों की सहायता के लिए हो सकता है जिनके हाथ की गतिशीलता आंशिक रूप से खो गई है। सहित नैदानिक ​​​​विशेषज्ञों के साथ काम करना जेनिस इंजीयूबीसी मेडिसिन विभाग में स्ट्रोक पुनर्वास में विशेषज्ञता रखने वाले सर्वती और उनकी टीम ने पाया कि कई रोगियों को अपने हाथों की गतिविधियों और समझने की ताकत का आकलन करने के लिए एक सटीक तरीके की आवश्यकता होती है। इन मूल्यांकनों को दूर से करने और व्यायाम दिनचर्या को संशोधित करने या अनुपालन का मूल्यांकन करने से पार्किंसंस और दूसरे हाथ की गतिशीलता संबंधी समस्याओं वाले रोगियों को भी मदद मिल सकती है।

सर्वती कहती हैं, "क्लिनिक में भी ऐसा करना बहुत कठिन है, और इसे सटीक और दूरस्थ रूप से करने के लिए कुछ भी मौजूद नहीं है।"

सेंसर से ढके दस्ताने से बेहतर कृत्रिम हाथ बनाए जा सकते हैं

पहनने योग्य उपकरण नैदानिक ​​कार्यों के लिए आकर्षक हैं, लेकिन कई डिज़ाइनों में व्यावहारिक उपयोग के लिए आवश्यक विश्वसनीयता, सटीकता और धोने की क्षमता का अभाव है। पानी और डिटर्जेंट में बार-बार भिगोने और हिलाने के बाद, और बार-बार मशीन लॉन्ड्रिंग चक्र से गुजरने के बाद, सर्वती के दस्ताने ने सेंसर के प्रदर्शन में 10% से कम बदलाव का अनुभव किया।

सर्वती कहते हैं, "इस तकनीक को टिकाऊ और धोने योग्य रूप में विकसित करना वास्तव में रोमांचक है जो मानव-कंप्यूटर संपर्क में एक बड़ी छलांग लगा सकता है और कैमरे की आवश्यकता के बिना वस्तुओं के साथ बातचीत का सटीक प्रतिनिधित्व करने की संभावना पैदा कर सकता है।"

सुब्रमण्यम सुंदरमबोस्टन यूनिवर्सिटी के बायोलॉजिकल डिज़ाइन सेंटर के एक शोधकर्ता, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, का कहना है कि दैनिक उपयोग की परिस्थितियों में इन रेशों की कार्यक्षमता कैसे बदलती है, इसका अध्ययन विश्वसनीय वस्त्र बनाने के लिए "ध्यान केंद्रित करने की सही दिशा" है जिसे लोग बार-बार उपयोग कर सकते हैं। . यद्यपि संयुक्त कोणों की मात्रात्मक त्रुटि अनुमान संभावित चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण विचार हैं, उनका मानना ​​है कि ऐसे अनुप्रयोग अभी भी बहुत दूर हैं। वे कहते हैं, "मुख्य चुनौती, इस काम के लिए अद्वितीय नहीं, उन विशिष्ट सेटिंग्स का निर्धारण करना है जहां इस प्रकार की तकनीक की गंभीर आवश्यकता है।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/smart-glove-tracks-hand-movements-with-unprecedented-accuracy/