MPI Cyber​​Motion 시뮬레이터 : 가로, 세로, 높이로 Multisensory 경로 통합을 조사할 소설 모션 시뮬레이터의 구현

다음 실험의 전반적인 목표는 참가자에 대한 시각 및 전정 감각 입력을 제어하면서 경로 탐색을 3차원으로 측정하는 것입니다. 이것은 의자에 앉은 전정계를 자극하는 6개의 자유도를 가진 개조된 로봇 의자를 사용하여 수행됩니다. 참가자가 가상 별장을 바라보는 모습 로봇 의자를 움직이면서 동시에 별장을 변경함으로써 시스템은 참가자에게 시각 및 전정 신호를 제공합니다.

참가자는 기억된 시작 위치를 다시 가리킬 수 있는 정확도와 속도에 따라 경로 탐색 피드백을 제공합니다. 결과는 자기 운동의 부정확한 추정이 이동 평면과 이동 각도에 따라 달라진다는 것을 보여줍니다. 모션 플랫폼과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 MPI Cyber Motion 시뮬레이터에 관찰자를 다양한 차원, 특히 아래쪽으로 이동할 수 있는 넓은 작업 공간이 있다는 것입니다.

이 방법은 뇌가 다른 차원에서 자기 움직임을 동등하게 나타내는지 여부와 같은 신경 과학 분야의 주요 질문에 답할 수 있습니다. 우리는 동료 마누엘 비달(Manuel Vidal)의 연구에서 이 실험에 대한 아이디어를 얻었습니다. 그는 시각적 표현만으로 가상 철퇴를 통해 사람들을 움직였습니다.

여기서 그는 MACES에 수직 구성 요소가 포함될 때 의약품 탐색이 손상된다는 것을 발견했습니다. 이 기술의 의미는 정상적인 뇌에서 경로 탐색에 대한 벤치 마크를 제공하기 때문에 공간 방향 감각 상실 진단으로 확장됩니다. NPI 사이버 모션 자극기는 3, 2, 1 구성의 6 관절 직렬 로봇으로 구성됩니다.

500kg의 가반하중을 가진 산업용 로봇을 기반으로 하여 로봇을 실험에 안전하게 만듭니다. 하드웨어와 소프트웨어 모두에 대한 수정이 이루어지며, 측면 이동과 회전을 결합하는 복잡한 모션 프로파일이 가능합니다. MPI 사이버 모션 시뮬레이터를 사용합니다.

축 1, 4 및 6은 4쌍의 하드웨어를 연속적으로 회전할 수 있으며 양방향으로 제한 축 2, 3 및 5를 정지시킬 수 있습니다. 선형 이동의 최대 범위는 이동이 시작되는 위치에 따라 크게 달라집니다. 실험을 수행하기 전에 각 실험 모션 궤적은 테스트 단계를 거쳐야 합니다.

KUKA가 설계한 사무용 PC를 사용하여 MPI 사이버 모션 시뮬레이터를 구성하기 위해 궤적을 프로그래밍합니다. 이 개방 루프 구성에서 궤적은 데카르트 좌표에 배치되고 12밀리초마다 역운동학을 통해 관절 공간 각도로 변환됩니다. 현재 조인트 각도 위치는 이더넷 연결을 통해 제어 시스템에서 MPI 사이버 모션 시뮬레이터로 전송되며, 여기서 점진적으로 판독되어 로봇의 디스크에 기록됩니다.

5점식 안전벨트 시스템이 장착된 경주용 카시트는 발 받침대가 포함된 섀시에 부착됩니다. 섀시는 로봇 암의 플랜지에 장착됩니다. 참가자는 실험자와의 양방향 의사 소통을 위해 마이크가 장착된 소음 제거 헤드폰을 착용해야 합니다.

그들은 또한 실험 설정에 대해 순진해야 합니다. 헤드폰을 통해 지속적인 소음이 재생되어 로봇의 소음을 마스킹합니다. 실험은 어둠 속에서 수행되므로 밀폐된 객실 내에 참가자를 앉히는 것도 가능합니다.

적외선 카메라를 사용하면 제어실에서 시각적 모니터링을 할 수 있습니다. LCD 화면, 스테레오 전면 프로젝션, 모노 전면 프로젝션 또는 헤드 마운트 디스플레이를 포함한 여러 시각화 구성이 가능합니다. 이 실험에서는 관찰자 앞 50cm에 배치된 LCD 디스플레이에 의해 자기 동작에 대한 시각적 단서가 제공되어 시각적 단서를 전달합니다.

이 소프트웨어는 참가자에게 200, 000 점으로 채워진 가상 OID 공간을 제공합니다. 공간에는 검은 색 배경에 흰색 원으로 그려집니다. 화면에는 13도에서 0.3도의 시야각에 해당하는 점이 표시됩니다.

이 점들은 0.085와 4의 거리에 있습니다. 참가자의 가상 단위입니다. 가상 필드 이동은 MPI 제어 컴퓨터의 모션 궤적을 통해 물리적 모션과 동기화되어 광학 흐름과 모션 사이에 시차를 생성합니다.

시야에서 더 깊은 점은 참가자의 움직임에 관계없이 더 작게 그려집니다. 각각은 무작위로 재할당되기 전에 2초 동안 비동기적으로 표시됩니다. 따라서 초당 총 10만 개의 점이 움직입니다.

응답 버튼이 장착된 맞춤형 조이스틱을 통해 참가자는 이더넷 연결을 통해 제어 시스템에 데이터를 전송할 수 있습니다. 감각 정보는 제한된 수명의 별장에서 시각적 단서만 제공함으로써 조작될 수 있습니다. 참가자의 눈을 감은 상태에서 수동적 자기 동작에서 나오는 전정 운동 감각 신호 또는 참가자가 눈을 뜨고 있는 두 가지 신호 모두.

이 실험에서 이동 궤적은 두 개의 세그먼트 길이로 구성되었습니다. 첫 번째는 0.4미터, 두 번째는 1미터입니다. 두 이동 세그먼트의 각도는 45도 또는 90도로 전송됩니다.

예를 들어, 수평면에서의 이동은 앞으로 90도 전방으로 우방향으로 이동, 오른쪽으로 90도 동안 전진 이동, 90도 전진 또는 45도까지 우측 전진 이동으로 구성됩니다. 이러한 유형의 움직임은 시상면과 정면 평면에서도 수행됩니다. 궤적은 순환 없이 번역으로 전달됩니다.

모든 궤적 다음에는 재배치 순서가 뒤따르고, 각 시도 전에 가능한 움직임 간섭을 줄이기 위해 15초 동안 일시 중지하고, 전정계가 안정적인 상태에서 테스트되어 감지된 움직임에 대한 피드백을 제공하도록 하기 위해 참가자는 조이스틱으로 화살표를 움직여 원점에 대한 상대적인 움직임을 나타냅니다. 원점은 세 가지 관점에서 아바타로 표시되며, 화살표는 시험 전에 조정하기 전에 항상 무작위로 배치됩니다. 참가자가 피드백 시스템을 정확하게 사용하도록 교육하는 것이 중요합니다.

그들은 재판이 진행되는 동안 무릎 위에 놓여 있는 조이스틱과 같이 주변에 있는 물체를 화살표로 가리킬 수 있어야 합니다. 조이스틱의 움직임은 궤적 평면으로 제한되며, 참가자는 데이터를 수집할 때 일부 또는 모든 시점을 사용할 수 있습니다. 각 실험 조건은 세 번 반복되고 무작위 순서로 제시됩니다.

16명의 참가자의 데이터를 분석했습니다. 1. 극단적인 이상치 점수는 양상으로 방출되었으며 각도는 추정된 움직임에 큰 영향을 미치지 않았습니다. 그러나 참가자들은 수평면의 이동 각도 크기를 거의 9도 과소평가했고 정면 평면의 각도 크기를 약 5도 과대평가했습니다. 여기.

각도 계수는 정면 평면 계수와 유의하게 상호 작용하는 것으로 밝혀졌으며, 따라서 90도까지의 이동보다 45도의 움직임에 대해 과대 추정이 더 컸습니다. 또한, 양상은 각도와 유의하게 상호 작용하는 것으로 밝혀졌으며, 90도까지의 움직임에 대한 전정 정보만으로 과소 평가된 것은 시각적 조건과 결합된 조건에 비해 훨씬 더 큰 것으로 나타났습니다. 이러한 차이는 45도를 통과하는 움직임에서는 나타나지 않았습니다.

응답 시간은 시각 및 결합 조건에 비해 전정 운동 감각 단서에만 피드백을 제공했을 때 상당히 느린 것으로 나타났습니다. 참가자들은 또한 다른 비행기에 비해 수평면에서 움직일 때 상당히 느렸습니다. 이러한 결과는 공간에 대한 뇌의 표현이 차원에 걸쳐 대칭적이지 않다는 것을 시사하기 때문에 정말 놀랍습니다.

우리는 사람들이 이곳 수평면에서 처음으로 자신의 움직임을 과소평가하는 경향이 있다는 것을 한동안 알고 있었지만, 수직 차원에서는 그렇지 않다는 것을 보여주고 있습니다. 앞으로는 이러한 방법을 사용하여 곡선을 포함하여 3차원 모두에서 경로를 구성할 수 있습니다. 이를 통해 뇌가 어떻게 평면을 가로지르는 움직임을 통합할 수 있는지, 회전을 탐색하는 방법과 같은 추가 질문에 답할