Para pessoas com deficiências motoras ou físicas, completar as tarefas diárias e tarefas domésticas pode ser incrivelmente desafiador. Avanços recentes em robótica, como membros robóticos controlados pelo cérebro, têm o potencial de melhorar significativamente sua qualidade de vida.
Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Hebei e outros institutos na China desenvolveram um sistema inovador para controlar braços robóticos baseado em realidade aumentada (AR) e uma interface cérebro-computador. Este sistema, apresentado em um artigo publicado no Journal of Neural Engineering, poderia permitir o desenvolvimento de braços biônicos ou protéticos que são mais fáceis de controlar pelos usuários.
“Nos últimos anos, com o desenvolvimento de braços robóticos, ciência do cérebro e tecnologia de decodificação de informações, os braços robóticos controlados pelo cérebro alcançaram conquistas crescentes”, disse Zhiguo Luo, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao TechXplore. “No entanto, desvantagens como pouca flexibilidade restringem sua aplicação generalizada. Nosso objetivo é promover a leveza e a praticidade dos braços robóticos controlados pelo cérebro.”
O sistema desenvolvido por Luo e seus colegas integra a tecnologia AR, que permite aos usuários visualizar uma versão aprimorada de seus arredores que inclui elementos digitais e uma interface controlada pelo cérebro, com um método convencional para controlar membros robóticos conhecido como controle assíncrono. Em última análise, isso permite que os usuários tenham maior controle sobre os braços robóticos, aumentando a precisão e a eficiência dos movimentos resultantes.
Os métodos de controle assíncronos são inspirados na maneira como o cérebro humano opera. Mais especificamente, eles tentam replicar a capacidade do cérebro de alternar entre os estados de trabalho e ocioso.
“O ponto chave do controle assíncrono é distinguir o estado ocioso e o estado de funcionamento do sistema robótico”, explicou Luo. “Depois que um usuário começa a operar nosso sistema de braço robótico, o sistema é inicializado para o estado ocioso. Quando o comando de controle vem à mente do sujeito, o sujeito pode mudar o sistema para o estado de funcionamento por meio da interface de comutação de estado.”
Depois que o sistema criado pelos pesquisadores é colocado no estado de funcionamento, os usuários podem simplesmente selecionar os comandos de controle para os movimentos que desejam realizar e o sistema os transmite para o braço robótico que estão usando. Quando o braço robótico recebe esses comandos, ele simplesmente executa os movimentos ou tarefas desejados. Assim que a tarefa for concluída, o sistema voltará automaticamente para o estado ocioso.
“Um recurso exclusivo de nosso sistema é a integração bem-sucedida de AR-BCI, controle assíncrono e um método de ajuste de tempo de estímulo adaptativo para processamento de dados”, disse Luo. “Em comparação com os sistemas BCI convencionais, nosso sistema também é mais flexível e fácil de controlar.”
A natureza adaptativa do sistema criado por Luo e seus colegas permite ajustar com flexibilidade a duração do conteúdo de RA apresentado aos usuários com base no estado do usuário enquanto ele está usando o braço robótico. Isso pode reduzir significativamente a fadiga causada ao olhar para uma tela ou conteúdo digital. Além disso, em comparação com as interfaces convencionais cérebro-computador, o sistema aprimorado de AR da equipe reduz as restrições à atividade física dos usuários, permitindo-lhes operar braços robóticos com maior facilidade.
“No final das contas, fomos capazes de integrar com sucesso AR, interfaces cérebro-computador, controle assíncrono adaptativo e um novo algoritmo de filtragem espacial para classificar os sinais SSVEP, o que fornece novas ideias para o desenvolvimento de um braço robótico controlado pelo cérebro”, disse Luo. “Nossa abordagem ajuda a melhorar a praticidade do braço robótico controlado pelo cérebro e acelerar a aplicação desta tecnologia na vida real.”
Os pesquisadores avaliaram seu sistema em uma série de experimentos e alcançaram resultados altamente promissores. Mais notavelmente, eles descobriram que seu sistema permite aos usuários realizar os movimentos que desejam usando um braço robótico com uma precisão de 94,97%. Além disso, os dez usuários que testaram seu sistema foram capazes de selecionar comandos únicos para braços robóticos em um tempo médio de 2,04 segundos. No geral, essas descobertas sugerem que seu sistema melhora a eficiência com a qual os usuários podem controlar os braços robóticos, ao mesmo tempo que reduz a fadiga visual.
No futuro, a abordagem proposta por esta equipe de pesquisadores pode ajudar a melhorar o desempenho dos braços robóticos existentes e recentemente desenvolvidos. Isso poderia facilitar a implementação desses sistemas tanto em ambientes de saúde quanto em unidades de cuidados a idosos, permitindo que pacientes e convidados realizem algumas de suas atividades diárias de forma independente e, assim, melhorando sua qualidade de vida.
Até agora, Luo e seus colegas testaram seu sistema apenas em usuários sem deficiências motoras ou deficiências. No entanto, eles esperam em breve também avaliá-lo em colaboração com usuários idosos ou usuários com deficiência física, para explorar seu potencial e aplicabilidade ainda mais.
“Agora planejamos trabalhar nos seguintes aspectos para melhorar a confiabilidade e praticidade do sistema para a vida social”, acrescentou Luo. “Primeiro, em termos de estratégia de controle assíncrono, EOG e outros sinais fisiológicos podem ser usados para melhorar o processo de controle assíncrono. Segundo, decodificação de EEG, aprendizagem de transferência e outros métodos podem melhorar o processo de treinamento do modelo ainda mais. Além disso, em termos de a janela dinâmica, poderíamos usar outros métodos de previsão para modificar o limite do sistema em tempo real. ”
Publicado em 05/11/2021 08h21
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