Een robotarm dingen laten aanraken: kan dat?

pexels-thisisengineering-3913025

De meeste niet-gehandicapte mensen beschouwen hun vermogen om eenvoudige dagelijkse taken uit te voeren als vanzelfsprekend. Als ze bijvoorbeeld een warme mok koffie pakken, voelen ze het gewicht en de temperatuur en passen ze hun greep aan zodat er geen vloeistof wordt gemorst. Mensen met volledige sensorische en motorische controle over hun armen en handen weten dat ze contact hebben gemaakt met een voorwerp zodra ze het aanraken of vastpakken, zodat ze het met vertrouwen kunnen verplaatsen of optillen.

Maar deze taken worden veel moeilijker wanneer een persoon een armprothese bedient, laat staan een door de geest bestuurde arm.

Wat studies aantonen over het gebruik van de robotarm

In een vandaag in Science gepubliceerde paper beschrijft een team van bio-ingenieurs van de University of Pittsburgh Rehab Neural Engineering Labs hoe het toevoegen van hersenstimulatie die tactiele sensaties oproept het voor de operator gemakkelijker maakt om een brein-gecontroleerde robotarm te manipuleren. In het experiment werd door het aanvullen van het gezichtsvermogen met kunstmatige tactiele waarneming de tijd besteed aan het vastnemen en verplaatsen van voorwerpen gehalveerd, van een mediane tijd van 20,9 tot 10,2 seconden.

“In zekere zin is dit wat we hoopten dat zou gebeuren, maar misschien niet in de mate die we hebben waargenomen,” zegt co-senior auteur Jennifer Collinger, universitair hoofddocent aan de afdeling fysische geneeskunde en revalidatie van Pitt. “Zintuiglijke feedback van ledematen en handen is enorm belangrijk voor het doen van normale dingen in ons dagelijks leven, en wanneer die feedback ontbreekt, worden de prestaties van mensen aangetast.”

Een robotarm kopen is vandaag de dag een stuk makkelijker als vroeger. Doordat ze nu veel verder zijn met de technologie liggen de prijzen ook lager.

Een kijkje in de toekomst

Deelnemer aan de studie Nathan Copeland, wiens vooruitgang in het artikel wordt beschreven, was de eerste persoon ter wereld bij wie kleine elektrode-arrays werden geïmplanteerd, niet alleen in de motorische cortex van zijn hersenen, maar ook in zijn somatosensorische cortex-een gebied van de hersenen dat zintuiglijke informatie van het lichaam verwerkt. Dankzij de arrays kan hij de robotarm met zijn geest besturen en ook zintuiglijke feedback ontvangen, wat vergelijkbaar is met de manier waarop neurale circuits werken wanneer het ruggenmerg van een persoon intact is.

“Ik was al zeer vertrouwd met zowel de sensaties die door stimulatie worden opgewekt als met het uitvoeren van de taak zonder stimulatie. Ook al is de sensatie niet ‘natuurlijk’ – het voelt als druk en zacht tintelen – dat heeft me nooit gestoord,” zei Copeland. “Er was niet echt een punt waarop ik het gevoel had dat stimulatie iets was waar ik aan moest wennen. Het uitvoeren van de taak en het ontvangen van de stimulatie gingen gewoon samen als PB&J.”

Na een auto-ongeluk waardoor hij zijn armen nog maar beperkt kon gebruiken, schreef Copeland zich in voor een klinisch onderzoek waarbij de sensorimotor micro-elektrode hersen-computer interface (BCI) werd getest en werd geïmplanteerd met vier micro-elektrode arrays ontwikkeld door Blackrock Microsystems (ook wel Utah arrays genoemd).

Dit artikel is een stap voorwaarts ten opzichte van een eerdere studie die voor het eerst beschreef hoe het stimuleren van zintuiglijke regio’s in de hersenen met behulp van kleine elektrische pulsen gevoel kan opwekken in verschillende regio’s van iemands hand, ook al had die persoon het gevoel in zijn ledematen verloren als gevolg van een ruggenmergletsel. In deze nieuwe studie combineerden de onderzoekers het lezen van de informatie uit de hersenen om de beweging van de robotarm te controleren met het terugschrijven van informatie om zintuiglijke feedback te geven.

In een reeks tests waarbij de BCI-operator werd gevraagd verschillende voorwerpen van een tafel op te rapen en over te brengen naar een verhoogd platform, zorgde het geven van tactiele feedback door middel van elektrische stimulatie ervoor dat de deelnemer de taken twee keer zo snel kon voltooien in vergelijking met tests zonder stimulatie.

In het nieuwe artikel wilden de onderzoekers het effect van zintuiglijke feedback testen in omstandigheden die zo veel mogelijk op de echte wereld leken.

“We wilden de taak niet beperken door de visuele component van de waarneming weg te nemen,” zei co-senior auteur Robert Gaunt, universitair hoofddocent aan het Department of Physical Medicine and Rehabilitation. “Wanneer zelfs beperkte en onvolmaakte gewaarwording wordt hersteld, verbeteren de prestaties van de persoon op een vrij significante manier. We hebben nog een lange weg te gaan om de sensaties realistischer te maken en deze technologie bij de mensen thuis te brengen, maar hoe dichter we de normale inputs naar de hersenen kunnen herscheppen, hoe beter we af zullen zijn.”

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest
es_ESSpanish