Notícia

Respiração pode ser usada para controlar braço robótico extra vestível em indivíduos saudáveis

Alain Herzog, EPFL

Fonte

EPFL | Escola Politécnica Federal de Lausanne

Data

segunda-feira, 18 dezembro 2023 20:05

Áreas

Bioeletrônica. Biomecânica. Engenharia Biomédica. Neurociências. Realidade Virtual. Robótica. Sistemas de Controle.

O neuroengenheiro Dr. Silvestro Micera desenvolve soluções tecnológicas avançadas para ajudar pessoas a recuperar funções sensoriais e motoras que foram perdidas devido a eventos traumáticos ou distúrbios neurológicos. Até agora, ele nunca havia trabalhado no aprimoramento do corpo humano e da cognição com a ajuda da tecnologia.

Agora, em um estudo publicado na revista científica Science Robotics, o Dr. Silvestro Micera e sua equipe relataram como o movimento do diafragma pode ser monitorado para o controle bem-sucedido de um braço extra, essencialmente permitindo a um indivíduo saudável realizar tarefas com um terceiro braço – robótico.

“Este estudo abre novas e excitantes oportunidades, mostrando que braços extras podem ser amplamente controlados e que o controle simultâneo com ambos os braços naturais é possível”, disse o Dr. Micera, Presidente da Fundação Bertarelli em Neuroengenharia Translacional na Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, e professor de Bioeletrônica na Scuola Superiore Sant’Ana, na Itália.

O estudo faz parte do Projeto Third-Arm, anteriormente financiado pela Swiss National Science Foundation (NCCR Robotics), que visa fornecer um braço robótico vestível para auxiliar nas tarefas diárias ou em busca e salvamento. O Dr. Micera acredita que explorar as limitações cognitivas do controle do terceiro braço pode, na verdade, fornecer portas para uma melhor compreensão do cérebro humano.

“A principal motivação deste controle do terceiro braço é compreender o sistema nervoso. Se você desafiar o cérebro a fazer algo completamente novo, poderá saber se o cérebro tem capacidade para fazê-lo e se é possível facilitar esse aprendizado. Podemos então transferir este conhecimento para desenvolver, por exemplo, dispositivos de assistência para pessoas com deficiência ou protocolos de reabilitação pós acidente vascular cerebral”, disse o pesquisador.

“Queremos entender se nossos cérebros estão programados para controlar o que a natureza nos deu e mostramos que o cérebro humano pode se adaptar para coordenar novos membros em conjunto com os biológicos”, explicou o Dr. Solaiman Shokur, coautor do estudo e cientista sênior no Instituto Neuro-X da EPFL. “Trata-se de adquirir novas funções motoras, aprimorar além das funções existentes de um determinado usuário, seja ele saudável ou deficiente”.

Para explorar as restrições cognitivas do aumento, os pesquisadores primeiro construíram um ambiente virtual para testar a capacidade de um usuário saudável de controlar um braço virtual usando o movimento do seu diafragma. Eles descobriram que o controle do diafragma não interfere em ações como controlar os braços fisiológicos, a fala ou o olhar.

Nesta configuração de realidade virtual, o usuário é equipado com um cinto que mede o movimento do diafragma. Usando um fone de ouvido de realidade virtual, o usuário vê três braços: o braço e a mão direitos, o braço e a mão esquerdos e um terceiro braço entre os dois com uma mão simétrica de seis dedos.

“Tornamos esta mão simétrica para evitar qualquer inclinação para a mão esquerda ou para a direita”, explicou Giulia Dominijanni, doutoranda no Instituto Neuro-X da EPFL.

No ambiente virtual, o usuário é então solicitado a estender a mão esquerda, a direita ou no meio com a mão simétrica. No ambiente real, o usuário segura um exoesqueleto com ambos os braços, o que permite o controle dos braços virtuais esquerdo e direito. O movimento detectado pela correia ao redor do diafragma é usado para controlar o braço central simétrico virtual. A configuração foi testada em 61 indivíduos saudáveis em mais de 150 sessões.

“O controle do diafragma do terceiro braço é, na verdade, muito intuitivo, com os participantes aprendendo a controlar o membro extra muito rapidamente”, explicou Giulia Dominijanni. “Além disso, nossa estratégia de controle é inerentemente independente dos membros biológicos e mostramos que o controle do diafragma não afeta a capacidade do usuário de falar de forma coerente”.

Os pesquisadores também testaram com sucesso o controle do diafragma com um braço robótico real, um braço simplificado que consiste em uma haste que pode ser estendida para fora e para dentro. Quando o usuário contrai o diafragma, a haste é estendida. Em um experimento semelhante ao ambiente de realidade virtual, o usuário é solicitado a alcançar e passar o mouse sobre os círculos-alvo com a mão esquerda ou direita, ou com a haste robótica.

“Nosso próximo passo é explorar o uso de dispositivos robóticos mais complexos utilizando nossas diversas estratégias de controle, para realizar tarefas da vida real, tanto dentro quanto fora do laboratório. Só então poderemos compreender o real potencial desta abordagem”, concluiu o Dr. Silvestro Micera.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).

Fonte: Hillary Sanctuary, EPFL. Imagem: Martina Gini controla braço robótico simplificado com a respiração. Fonte: Alain Herzog, EPFL.

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