MPI Simulator CyberMotion: יישום Simulator תנועה חדשנית לחקר האינטגרציה נתיב רב חושיים בשלושה ממדים

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא למדוד ניווט בנתיב בתלת מימד תוך שליטה בקלט החושי החזותי והווסטיבולרי למשתתף. זה מושג באמצעות כיסא רובוטי מותאם עם שש דרגות חופש המגרה את מערכת שיווי המשקל היושבת בכיסא. תצוגות המשתתפים של שדה כוכב וירטואלי על ידי הזזת הכיסא הרובוטי ובו זמנית שינוי שדה הכוכב, המערכת מספקת רמזים חזותיים ושיווי משקל למשתתף.

המשתתפים מספקים משוב ניווט בנתיב על ידי הדיוק והמהירות שבה הם יכולים להצביע בחזרה על עמדת ההתחלה שנזכרה. התוצאות מראות כי הערכה לא מדויקת של תנועה עצמית תלויה במישור התנועה ובזווית שבה הם נעים. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות כמו פלטפורמות תנועה הוא שלסימולטור MPI Cyber Motion יש סביבת עבודה גדולה המסוגלת להזיז צופים בממדים שונים, במיוחד כלפי מטה.

שיטה זו יכולה לענות על שאלות מפתח בתחום מדעי המוח, כגון האם המוח מייצג באופן שווה תנועה עצמית בממדים שונים. את הרעיון לניסויים האלה קיבלנו ממחקר של עמיתנו מנואל וידאל. הוא העביר אנשים דרך מקלות וירטואליים עם תצוגה חזותית בלבד.

כאן הוא גילה שניווט תרופות נפגע כאשר ה-MACES כוללים רכיב אנכי. ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על אבחון של חוסר התמצאות מרחבית מכיוון שהן מספקות אמת מידה לניווט נתיב במוח הרגיל. ממריץ התנועה NPI Cyber מורכב מרובוט טורי בעל שישה מפרקים בתצורת 3, 2, 1.

הוא מבוסס על רובוט תעשייתי עם מטען של 500 קילוגרם כדי להפוך את הרובוט לבטוח לניסויים. שינויים נעשים הן בחומרה והן בתוכנה פרופילי תנועה מורכבים המשלבים תנועות רוחביות עם סיבובים אפשריים. עם סימולטור תנועת הסייבר MPI.

ציר אחד, ארבע ושש יכולים להסתובב ברציפות ארבעה זוגות חומרה וציר גבול עצירות שניים, שלושה וחמישה בשני הכיוונים. הטווח המרבי של תנועות ליניאריות תלוי מאוד במיקום ממנו מתחילה התנועה. לפני ביצוע ניסויים כלשהם, כל מסלול תנועה ניסיוני חייב לעבור שלב בדיקה.

המסלולים מתוכנתים באמצעות מחשב משרדי שתוכנן על ידי KUKA כדי להגדיר את סימולטור תנועת הסייבר MPI. בתצורת לולאה פתוחה זו מסלולי תצורה ממוקמים בקואורדינטות קרטזיות ומומרים לזוויות מרחב משותפות באמצעות קינמטיקה הפוכה כל 12 אלפיות השנייה. מיקומי זווית המפרקים הנוכחיים מועברים ממערכת הבקרה לסימולטור תנועת הסייבר MPI באמצעות חיבור אתרנט שבו הם נקראים ומוקלטים באופן הדרגתי לדיסק על הרובוט.

מושב רכב מירוץ המצויד במערכת חגורות בטיחות חמש נקודות מחובר לשלדה, הכוללת משענת רגליים. השלדה מותקנת על אוגן זרוע הרובוט. על המשתתפים ללבוש אוזניות מבטלות רעשים, המצוידות במיקרופון לתקשורת דו כיוונית עם הנסיין.

הם גם צריכים להיות נאיביים למערך הניסיוני. רעש מתמשך מושמע דרך האוזניות, המסווה את רעש הרובוט. ניסויים אפשריים גם על ידי הושבת המשתתפים בתא סגור מכיוון שהניסוי מבוצע בחושך.

מצלמות אינפרא אדום מאפשרות ניטור חזותי מחדר הבקרה. תצורות הדמיה מרובות אפשריות, כולל מסך LCD, הקרנה קדמית סטריאו, הקרנה קדמית מונו או תצוגה המותקנת על הראש. בניסוי זה, רמזים חזותיים לתנועה עצמית מסופקים על ידי תצוגת LCD, הממוקמת 50 סנטימטרים לפני הצופים כדי לספק רמזים חזותיים.

התוכנה מציגה מרחב OID וירטואלי מלא ב-200,000 נקודות ל-participant.each. במרחב מצויר כעיגול לבן על רקע שחור. המסך מציג נקודות המתאימות לזוויות חזותיות של 13 עד 0.3 מעלות.

נקודות אלה נמצאות במרחק של 0.085 וארבע. יחידות וירטואליות מהמשתתף. תנועת השדה הווירטואלי מסונכרנת עם תנועה פיזית באמצעות מסלולי תנועה ממחשב הבקרה MPI כדי ליצור פרלקסה בין זרימה אופטית לתנועה.

הנקודות העמוקות יותר בשדה הראייה מצוירות קטנות יותר ללא קשר לתנועות המשתתף.כל אחת מוצגת למשך שתי שניות באופן אסינכרוני לפני שהיא מוקצית מחדש באופן אקראי. לפיכך, בסך הכל מאה אלף נקודות זזות בכל שנייה.

ג'ויסטיק שנבנה בהתאמה אישית המצויד בכפתורי תגובה מאפשר למשתתפים להעביר נתונים באמצעות חיבור אתרנט למערכת הבקרה. ניתן לתמרן מידע חושי על ידי מתן רמזים חזותיים בלבד משדה הכוכבים המוגבל לאורך החיים. רק רמזים קינסתטיים שיווי משקל מהתנועה העצמית הפסיבית כשעיני המשתתף עצומות, או שני הרמזים כשעיני המשתתף פקוחות.

בניסוי זה, מסלולי התנועה כללו שני אורכי מקטעים. הראשון הוא 0.4 מטר, והשני הוא מטר אחד. הזווית של כל שני מקטעי תנועה משודרת כ-45 מעלות או 90 מעלות.

לדוגמה, תנועה במישור האופקי מורכבת מתנועה קדימה ימינה דרך 90 מעלות קדימה, תנועה ימינה דרך 45 מעלות ימינה, תנועה קדימה דרך 90 מעלות או תנועה ימינה קדימה דרך 45 מעלות. תנועות מסוג זה מבוצעות גם במישור הסגיטלי והקדמי. מסלולים מועברים כתרגומים ללא רוטציה.

לאחר כל מסלול מגיע רצף מיקום מחדש, ואחריו הפסקה של 15 שניות כדי להפחית כל הפרעה אפשרית מתנועה לפני כל ניסוי, וכדי להבטיח שהמערכת הווסטיבולרית נבדקת ממצב יציב כדי לספק משוב על התנועה הנתפסת שלהם, המשתתפים מזיזים חץ עם ג'ויסטיק כדי לציין את תנועתם ביחס למקורם. המקור מוצג כאווטאר משלוש נקודות מבט, והחץ תמיד ממוקם באופן אקראי לפני ההתאמה לפני הניסויים. חיוני לאמן את המשתתף להשתמש במערכת המשוב בצורה מדויקת.

הם אמורים להיות מסוגלים לכוון את החץ לעצמים בסביבתם, כמו הג'ויסטיק המונח על ברכיהם במהלך הניסוי. תנועת הג'ויסטיק מוגבלת למישור המסלול, והמשתתפים יכולים להשתמש בכל נקודות המבט בעת איסוף נתונים. כל תנאי ניסוי חוזר על עצמו שלוש פעמים ומוצג בסדר אקראי.

נותחו נתונים מ-16 המשתתפים. אחד. ציונים חריגים קיצוניים נפלטו באופן ולזווית לא הייתה השפעה משמעותית על התנועה המשוערת. עם זאת, המשתתפים המעיטו בהערכת גודל זווית התנועה במישור האופקי בכמעט תשע מעלות והעריכו יתר על המידה את גודל הזווית במישור הקדמי בכחמש מעלות. הנה.

נמצא כי גורם הזווית מקיים אינטראקציה משמעותית עם גורם המישור הקדמי, כך שהערכות יתר היו גדולות יותר עבור תנועות דרך 45 מעלות מאשר תנועות דרך 90 מעלות. בנוסף, נמצא כי המודאליות מקיימת אינטראקציה משמעותית עם הזווית כך שהערכות חסר ממידע שיווי משקל בלבד עבור תנועות דרך 90 מעלות היו גדולות משמעותית בהשוואה לתנאים החזותיים והמשולבים. פערים כאלה נעדרו בתנועות דרך 45 מעלות.

זמן התגובה נמצא איטי משמעותית כאשר ניתן משוב על רמזים קינסטטיים וסטיבולריים בלבד בהשוואה למצבים חזותיים ומשולבים. המשתתפים היו גם איטיים יותר באופן משמעותי כאשר נעו במישור האופקי בהשוואה למישורים אחרים. תוצאות אלה מפתיעות מאוד מכיוון שהן מצביעות על כך שייצוג המרחב במוח אינו סימטרי בין ממדים.

אנחנו יודעים כבר זמן מה שאנשים נוטים לזלזל בתנועה שלהם במישור האופקי כאן בפעם הראשונה, אנחנו מראים שזה לא המקרה בממד האנכי. בעתיד נוכל להשתמש בשיטות האלה כדי לבנות נתיבים בכל שלושת הממדים, כולל אלה שהם מעוקלים. זה יאפשר לנו לענות על שאלות נוספות כמו כיצד המוח מסוגל לשלב תנועה בין מישורים, כמו גם כיצד הוא מנווט פניות.