Ερευνητές από τα Πανεπιστήμια Johns Hopkins και Drexel υποστηρίζουν πως η προσθήκη απτικής – μιας τεχνητής αίσθησης αφής – στις προθέσεις άνω άκρων μειώνει την διανοητική προσπάθεια που απαιτείται για τη λειτουργία της συσκευής. Η σχετική έρευνα φέρνει ακόμη πιο κοντά την ανάπτυξη προσθετικών άνω άκρων που να λειτουργούν παρόμοια με τα βιολογικά.
Η έρευνα, η οποία θεωρείται πρώτη στο είδος της, χρησιμοποίησε τη νευροαπεικονιστική ανάλυση για να μελετήσει εάν η απτική ανατροφοδότηση μπορεί να βοηθήσει τους χρήστες τεχνητών άνω μελών να τα χρησιμοποιούν για διάφορες δραστηριότητες με μικρότεη απαραίτητη διανοητική προσπάθεια. Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο IEEE Transactions on Human Machine Systems.
Διανοητική προσπάθεια κατά τη χρήση τεχνητού άνω άκρου
Τα προσθετικά άκρα μπορούν να βελτιώσουν την ποιότητα ζωής για πολλούς ακρωτηριασμένους, αλλά αρκετοί αναφέρουν επίσης ότι η χρήση τους για την εκτέλεση καθημερινών εργασιών είναι συχνά δύσκολη. Τα διαθέσιμα προσθετικά άνω άκρα προσφέρουν στον χρήστη περιορισμένη ή καθόλου αισθητηριακή ανατροφοδότηση. Έτσι οι χρήστες βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην οπτική ανατροφοδότηση – χρειάζεται δηλαδή να παρατηρούν το προσθετικό τους χέρι καθώς το κινούν για να βεβαιωθούν για την ακρίβεια των κινήσεών τους.
Αυτή η διαρκής παρατήρηση του προσθετικού άκρου είναι κουραστική για πολλούς χρήστες, και αποτελεί έναν από τους λόγους εγκατάλειψης των τεχνητών άνω μελών από τους χρήστες τους. Ωστόσο, ελάχιστες έρευνες έχουν ασχοληθεί με την αξιολόγηση της διανοητικής προσπάθειας που απαιτείται από τους χρήστες προσθετικών άκρων.
“Κάποιες μελέτες έχουν δείξει ότι η προσθήκη απτικής στα προσθετικά άνω άκρα έχει οφέλη, καθώς οι αισθητηριακές πληροφορίες βοηθούν τον χρήστη να εκτελέσει τις εργασίες καλύτερα“, εξηγεί ο Jeremy D. Brown, επίκουρος καθηγητής μηχανικής στο Johns Hopkins University’s Whiting School of Engineering. “Αλλά αυτό που δεν ήταν ξεκάθαρο ως τώρα είναι ο τρόπος με τον οποίο η απτική ανατροφοδότηση επηρεάζει τη διανοητική προσπάθεια. Η μελέτη μας παρέχει ισχυρές ενδείξεις ότι η απτική ανατροφοδότηση είναι επωφελής από πλευράς προσπάθειας όσο και απόδοσης.”
Στη συγκεκριμένη έρευνα, ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να χρησιμοποιήσουν το προσθετικό τους χέρι για να σφίξουν τρεις κύβους που φαίνονταν μεν όμοιοι, ωστόσο στην πραγματικότητα δεν ήταν το ίδιο σκληροί. Οι συμμετέχοντες στο πείραμα έπρεπε να αναγνωρίσουν ποιος κύβος ήταν ο πιο σκληρός. Επανέλαβαν το πείραμα με το βιολογικό τους χέρι, με το προσθετικό τους χέρι, και τέλος με προσθετικό άνω άκρο που τους παρείχε ανατροφοδότηση όσον αφορά τη δύναμη που έβαζαν, μέσω δονήσεων.
Παρακολούθηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας
Κατά τη διάρκεια κάθε επανάληψης, οι ερευνητές καταμέτρησαν τη διανοητική προσπάθεια των συμμετεχόντων μέσω της νευροαπεικονιστικής τεχνικής fNIRS (functional near infrared spectroscopy), με την οποία παρακολουθούνταν η εγκεφαλική δραστηριότητα.
Στο πλαίσιο αυτής της τεχνικής παρακολούθησης, οι συμμετέχοντες φορούν στο κεφάλι ειδική συσκευή που μετρά τη χρονικά μεταβαλλόμενη διανοητική προσπάθεια μέσω των αλλαγών στα επίπεδα οξυγόνωσης του αίματος στον προμετωπιαίο φλοιό, το τμήμα του εγκεφάλου που συμμετέχει στη λήψη αποφάσεων, στο σχεδιασμό και σε άλλες συμπεριφορές. Όσο περισσότερη προσπάθεια απαιτεί μια εργασία, τόσο περισσότερο οξυγόνο αντλείται προς τον προμετωπιαίο φλοιό.
Αισθητηριακή ανατροφοδότηση και διανοητική προσπάθεια
Η ομάδα διαπίστωσε ότι οι συμμετέχοντες χρησιμοποίησαν τη μικρότερη διανοητική προσπάθεια όταν εκτέλεσαν το πείραμα με το βιολογικό τους χέρι. Αυτό ήταν αναμενόμενο, δεδομένου ότι το ανθρώπινο χέρι είναι εξοπλισμένο με περίπου 17.000 αισθητήρες. Ωστόσο, όταν χρησιμοποίησαν την πρόσθεση με ενσωματωμένη απτική ανατροφοδότηση, οι συμμετέχοντες εκτέλεσαν το πείραμα καλύτερα και με μικρότερη διανοητική προσπάθεια παρά όταν χρησιμοποίησαν την απλή, καθημερινή τους πρόσθεση.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τη δυνητική αξία της απτικής αισθητικής ανατροφοδότησης στις προσθέσεις άνω άκρων, ειδικά εάν μελλοντικές μελέτες δείξουν ότι η ελαχιστοποίηση της απαιτούμενης διανοητικής προσπάθειας μπορεί να περιορίσει την εγκατάλειψη της χρήσης των τεχνητών άνω μελών από τους χρήστες. Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να επεκτείνει την εφαρμογή αυτής της μεθόδου σε πιο πολύπλοκες εργασίες και στην επικύρωση αυτών των ευρημάτων με ακρωτηριασμένους άνω άκρου. Πιστεύει δε πως η έρευνα πάνω στην απτική ανατροφοδότηση και τη διανοητική προσπάθεια δεν είναι ωφέλιμη μόνο για τις προσθετικές συσκευές, αλλά γενικότερα τη διάδραση μεταξύ ανθρώπου και ρομποτικών συσκευών.
Η ομάδα θεωρεί πως η μελέτη πραγματικά τους άνοιξε τα μάτια όσον αφορά στο πόσο σημαντική είναι η προσομοίωση της λειτουργικότητας του βιολογικού χεριού για την έρευνα πάνω στα προσθετικά άκρα.
Το γεγονός ότι οι συμμετέχοντες λειτούργησαν καλύτερα όταν χρησιμοποίησαν προσθετικό χέρι με δυνατότητα αισθητηριακής ανατροφοδότησης δείχνει ότι η απτική έχει σαφή οφέλη για την προσθετική. Έχουμε πάντως ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουμε εάν θέλουμε να αναπαράγουμε πραγματικά τη μορφή και τη λειτουργία των φυσικών άκρων.
ΠΗΓΗ: https://hub.jhu.edu/
