Mănușa inteligentă urmărește mișcările mâinii cu o precizie fără precedent – ​​Physics World

O mănușă inteligentă care urmărește mișcările degetelor, mâinii și încheieturii cu o precizie fără precedent a fost dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea din Columbia Britanică (UBC) din Canada și Texavie Technologies. Dispozitivul lavabil este încorporat cu fibre senzoriale individuale care răspund la mici modificări ale întinderii și presiunii materialului. Senzorii transmit fără fir aceste informații într-un algoritm de învățare automată care estimează aproape imediat mișcările fine ale mâinii.

Pe lângă capturarea de la distanță a dinamicii și furnizarea de informații despre modul în care mâinile interacționează cu obiectele pentru robotică și realitate virtuală, mănușa oferă un instrument pentru evaluarea accidentului vascular cerebral și a mișcărilor mâinii și a forțelor de apucare ale altor pacienți. Astfel de evaluări pot ajuta pacienții să primească feedback cu privire la mișcările pe care trebuie să se concentreze pentru a-și îmbunătăți funcția de mobilitate a mâinii.

În noul design, creat de Peyman Servati și echipa sa, numeroși senzori de fibre personalizați sunt cusuți în țesătura extensibilă a mănușii în punctele care se află deasupra articulațiilor degetelor, vârfurilor degetelor, încheieturii și palmei. Mișcările articulațiilor sau presiunea cauzată de interacțiunea mâinii cu un obiect creează întinderi în țesătură. Senzorii pot detecta întinderi de până la 0.005% și până la 155% din lungimea lor originală. Toți acești senzori, legați prin conectori elastici la o placă de procesare fără fir pe spatele mănușii, furnizează date într-un algoritm care estimează unghiurile articulațiilor cu o precizie de 1.4°. Ieșirea este o imagine 3D a formei mâinii care urmărește dinamic mișcările purtătorului de mănuși.

Țesind fire bune

Servati și colegii săi au dezvoltat fibre speciale numite fire cu senzori elicoidal, care îmbunătățesc precizia performanței materialelor utilizate în senzorii textile portabili. Aceste fire extensibile constau dintr-un miez elastic învelit cu nanofibre acoperite cu metal în formă elicoidală. O matrice polimerică și o carcasă de elastomer leagă structura împreună, oferind durabilitate, interval dinamic și rezistență la tracțiune. Ciclurile externe de întindere/eliberare a presiunii modifică aria de contact a nanofibrelor metalice legate între ele, ducând la modificări ale rezistenței lor electrice. Aceste fire au fost cusute între două straturi de nailon-poliester-spandex pentru a face mănușile inteligente.

Folosind sisteme de captare a mișcării, cercetătorii au colectat peste trei milioane de cadre de mișcare a mâinii de către cinci participanți cu dimensiuni diferite ale mâinii. Purtau mănuși inteligente care erau marcate cu etichete vizibile în 16 puncte. Participanții au prins obiecte, au comutat între gesturi și și-au mișcat la întâmplare degetele. O arhitectură de rețea neuronală a mapat imagini vizibile la datele senzorilor colectate simultan, rezultând un model de învățare automată care a estimat unghiurile articulațiilor mâinii și informațiile tactile din datele de deformare măsurate de firele senzorului.

„Capturarea cu precizie a mișcărilor dibace ale mâinii și degetelor este o sarcină foarte grea. Sistemele actuale bazate pe camere sunt costisitoare și au probleme cu câmpul vizual limitat”, spune Servati. Mănușa este cel mai precis design de pe piață pentru estimarea unghiurilor degetelor și încheieturii mâinii în timpul mișcării cu întârziere minimă. Se potrivește cu acuratețea echipamentelor camerelor standard.

Subiecții care purtau mănușa au testat, de asemenea, modul în care mănușa s-a comportat la captarea mișcărilor specifice legate de sarcinile de zi cu zi. Dispozitivul a fost capabil să detecteze cuvintele „tastate” prin mișcări cu mai multe degete pe o suprafață aleatorie cu o precizie de 98%; a estimat 100 de gesturi statice și dinamice adaptate din limbajul semnelor americane cu o acuratețe de 95%. De asemenea, a detectat 34 de obiecte – inclusiv căni, pahare, mingi de baseball și mingi de tenis – din forma și forțele de prindere ale mâinii cu o precizie de 98%.

Clătiți, spălați, repetați

O utilizare a mănușii ar putea fi pentru a ajuta la accident vascular cerebral și la pacienții care și-au pierdut mobilitatea parțială a mâinii. Lucrul cu experți clinici, inclusiv Janice ing, care este specializat în reabilitarea accidentului vascular cerebral la Departamentul de Medicină UBC, Servati și echipa sa au descoperit că mulți pacienți au nevoie de o modalitate precisă de a-și evalua mișcările mâinii și forțele de apucare. Efectuarea acestor evaluări de la distanță și modificarea rutinelor de exerciții sau evaluarea conformității ar putea ajuta, de asemenea, pacienții cu Parkinson și alte probleme de mobilitate a mâinilor.

„Acest lucru este foarte greu de făcut chiar și în clinică și nu există nimic care să o facă cu precizie și de la distanță”, spune Servati.

Mănușile acoperite cu senzori ar putea duce la protezarea mâinilor mai bune

Dispozitivele portabile sunt atractive pentru sarcinile clinice, dar multor modele le lipsesc fiabilitatea, acuratețea și capacitatea de spălare necesare pentru utilizarea practică. După înmuiere și amestecare repetate în apă și detergenți și după ce a trecut prin cicluri repetate de spălare a mașinii, mănușa Servati a suferit o schimbare cu mai puțin de 10% a performanței senzorului.

„Este cu adevărat interesant să dezvoltăm această tehnologie într-o formă durabilă și lavabilă, care poate crea un salt major în interacțiunea om-calculator și posibilitatea de a reprezenta cu exactitate interacțiunea cu obiectele fără a fi nevoie de cameră”, spune Servati.

Subramanian Sundaram, un cercetător de la Centrul de design biologic al Universității din Boston, care nu a fost implicat în studiu, spune că studierea modului în care funcționalitatea acestor fibre se schimbă în condițiile de utilizare zilnică este „direcția corectă pe care să se concentreze” pentru a crea textile fiabile pe care oamenii să le poată folosi în mod repetat. . Deși estimările erorilor cantitative ale unghiurilor articulațiilor sunt considerații importante pentru potențiale aplicații medicale, el crede că astfel de aplicații sunt încă departe. „Provocarea cheie, care nu este exclusivă pentru această muncă, este determinarea setărilor specifice în care acest tip de tehnologie este necesar în mod critic”, spune el.

Lucrarea este descrisă în Natura Inteligenței Machine.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/smart-glove-tracks-hand-movements-with-unprecedented-accuracy/