Improving prosthetic control : an analysis of EMG-based haptic feedback’s role in reducing muscle co-contraction

Abstract

Skortur er á skilvirkum svörunarkerfum fyrir notendur gervilima fyrir neðri útlimi, sem takmarkar tilfinningu, skynjun og heildar notagildi þessara tækja. Rannsóknir benda til þess að með því að bæta við svörunarkerfi í gervilimi geti göngulagið bæst, jafnvægisstjórnun og sjálfstraust notenda og jafnvel dregið úr draugaverkjum í útlimi. Þessi rannsókn hannaði titrings-snerti svörunarkerfi fyrir EMG stýrða gervilimi fyrir neðri útlimi með það markmið að aðstoða notendur við að greina vöðvasamdrætti og draga úr vöðva sampspennu (co-contraction).Niðurstöðurnar sýndu að titrings-snerti svörunarkerfi var skilvirkt og hjálpaði notendum við að greina vöðvasamdrætti sína á áhrifaríkan hátt. Athyglisvert er að endurgjöfin leiddi til minnkunar á vöðva samspennu í þremur af fjórum vöðvahópum meðal þátttakenda með aflimun og sýndi fram á brattari lærdómskúrvu þegar spilað var með titrings-snerti svörunarkerfi miðað við án, í sérhönnuðum EMG-stýrðum leik. Þó að svörunarkerfið hafi ekki framkallað marktækar breytingar hjá heilbrigðum einstaklingum, sýndi það efnilegar niðurstöður hjá aflimuðum.Þrátt fyrir að úrtakið af aflimuðum þátttakendum hafi ekki verið nógu stórt til að gefa tölfræðilega marktækar niðurstöður, veita niðurstöðurnar sterka undirstöðu fyrir frekari rannsóknir og þróun hjá Össur.

There is currently a lack of effective user feedback in lower limb prosthetics, which limits the sense of embodiment and overall usability of these devices. Research indicates that closing the feedback loop can enhance walking symmetry, balance control, and user confidence and even reduce phantom limb pain. This study designed a vibrotactile haptic feedback system for EMG-controlled lower limb prosthetics with the aim of aiding users in identifying muscle contractions and reducing co-contraction.The results demonstrated that the feedback system was intuitive and effectively helped users recognize their muscle contractions. Notably, the feedback led to a reduction in co-contraction in three out of four muscle groups among amputee participants and facilitated a steeper learning curve when playing an EMG-controlled game compared to no feedback. While the feedback system did not produce significant changes in healthy subjects, it showed promising results for amputees.Although the sample size of amputees was not large enough to yield statistically significant results, the findings provide a strong foundation for further research and development at Össur.