촉각 자극에 의​​지 모터 응답의 적시성과 정확성을 평가하는 방법

이 실험 프로토콜의 전반적인 목표는 개인이 특정 유형의 진동 촉각 자극에 얼마나 빠르고 정확하게 반응할 수 있는지 평가하는 것입니다. 이 방법은 진동 촉각 피드백을 통해 어떤 유형의 감각 정보를 전달할 수 있는지, 진동 촉각 신호를 통해 감각 정보를 표현하는 가장 좋은 방법은 무엇인지와 같은 재활 공학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 다양한 바이오 피드백 응용 분야에 매우 유연하며 반력 측정을 위한 압력 센서 또는 관절 각도 측정을 위한 각도계와 같은 다양한 바이오 센서와 함께 사용하도록 쉽게 조정할 수 있다는 것입니다.

이 방법은 사람들이 허벅지의 특정 부위에 적용되는 진동에 어떻게 반응하는지에 대한 통찰력을 제공하지만, 신체의 다른 부위로 확장될 수도 있습니다. 다양한 촉각 구성을 테스트함으로써 바이오 피드백을 통해 어떤 유형의 정보를 전달할 수 있는지 더 잘 이해할 수 있습니다. 이 절차를 시연하는 것은 우리 연구실의 대학원생인 Sam Shi가 될 것입니다.

USB 포트를 사용하여 대형 마이크로 컨트롤러 보드를 컴퓨터에 연결하여 모터 보정을 시작합니다. 원래 마이크로컨트롤러 소프트웨어 내에서 원 오른쪽 화살표로 표시된 업로드 아이콘을 클릭하여 사용자 지정 스크립트 motor_test 업로드합니다. USB 연결을 사용하여 보드에 연결합니다.

그런 다음 3축 가속도계의 Z축 출력을 더 작은 마이크로 컨트롤러 보드의 아날로그 입력 포트 중 하나에 연결합니다. 가속도계의 양극 및 접지 리드를 각각 마이크로 컨트롤러 보드의 허벅지 볼트와 접지 포트에 연결합니다. 그런 다음 가속도계를 진동 모터에 장착하고 z축이 모터의 평평한 표면과 직교하도록 한 다음 모터를 단단한 표면에 놓습니다.

데이터 질문 소프트웨어에서 motor_calibration. vi 파일을 열고 가속도계용 더 작은 마이크로 컨트롤러를 USB 포트를 통해 컴퓨터에 연결합니다. 그런 다음 제공된 필드를 사용하여 마이크로컨트롤러 입력에 대한 직렬 포트와 수집할 500헤르츠 및 1000개 샘플의 샘플링 속도를 지정합니다.

motor_calibration. VI 인터페이스의 고속 48 변환 디스플레이를 사용하여 가장 큰 피크를 식별하고 해당 진동 주파수 값을 기록합니다. 지금까지의 모든 단계를 반복하고 각 모터에 대해 변조 또는 PWM 주파수 관계로 펄스를 수동으로 기록합니다.

그런 다음 각 모터에 대한 experiment1. vi 파일을 엽니다. 드롭다운 빈도 메뉴를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 속성을 선택합니다.

edit items 탭에서 테이블을 사용하여 원하는 주파수와 해당 PWM 레벨을 입력합니다. 확인을 선택하여 종료합니다. 마지막으로, 모든 모터를 보정한 후 양면 테이프를 사용하여 각 모터를 허벅지에 장착합니다.

퇴골 과두 사이의 대략 중간 지점에 있는 허벅지의 전방, 후방, 내측 및 측면 표면 각각에 하나의 모터를 배치합니다. 첫 번째 실험을 시작하려면 직렬-USB 커넥터를 사용하여 푸시 버튼을 컴퓨터의 USB 포트 중 하나에 직접 연결하고 필요한 모든 드라이버가 설치되어 있는지 확인합니다. 실험을 엽니다.1.

vi 인터페이스를 선택하고 결과를 기록할 파일을 선택합니다. 그런 다음 소프트웨어 인터페이스의 드롭다운 메뉴를 사용하여 푸시 버튼 입력 포트와 모터 주파수를 선택합니다. 프로그램을 시작합니다.

참가자가 진동을 느끼면 피드백이 적용되는 다리로 푸시 버튼을 누르도록 합니다. 버튼을 누른 후 시계가 카운트를 중지했음을 확인하여 데이터 수집 소프트웨어 인터페이스에서 응답을 확인합니다. 마지막으로 드롭다운 메뉴에서 새로운 주파수 세트를 선택하여 다음 시험을 위해 모터를 재설정합니다.

직렬 USB 커넥터를 사용하여 두 번째 푸시 버튼을 다른 USB 포트에 연결하여 두 번째 실험을 시작합니다. 그런 다음 실험2를 엽니다. VI 데이터 수집 인터페이스.

다리의 다른 부분에서 주파수 감도를 검사하려면 전방, 후방, 측면 및 내측 표면 각각에 있는 대퇴골 과두와 외측 대퇴골 과두 사이의 중간에 있는 허벅지에 단일 모터를 배치합니다. 그런 다음 소프트웨어 인터페이스에서 모터 아이콘을 클릭하여 활성화할 특정 모터와 원하는 주파수 시퀀스를 선택합니다. 사용자 감도를 테스트하려면 140Hz, 180Hz 및 220Hz의 주파수에 대한 단일 조합을 선택하여 시작합니다.

예를 들어 180헤르츠 다음에 140헤르츠가 옵니다. 대기 시간과 모터 시간을 입력합니다. 그런 다음 프로그램을 시작하십시오.

다른 주파수 조합을 테스트하려면 220Hz와 같은 주파수에 대한 새 테스트를 선택한 다음 180Hz를 선택하고 프로그램을 다시 실행합니다. 마지막으로, 참가자가 두 개의 푸시 버튼 중 하나를 눌러 두 번째 감지 빈도가 첫 번째 감지 주파수보다 높거나 낮은지 여부를 선택하고 프로그램에 의해 자동으로 기록되는 응답을 관찰하도록 합니다. 가속도 데이터의 빠른 48 변환 결과는 보정 중인 단일 모터에 대해 여기에 표시됩니다.

180헤르츠 진동에 해당하는 PWM 레벨을 식별하기 위해 4개의 트레일이 수행되었습니다. 비장애인과 대퇴부 경골 절단 환자가 3명인 경우를 비교했을 때, 비장애인의 반응 시간은 주파수가 140헤르츠에서 220헤르츠로 증가함에 따라 현저히 감소했습니다. 절단 수술을 받은 개인을 위한 것은 그렇지 않았습니다.

일단 마스터되면 이 프로토콜은 테스트된 주파수 위치 조합의 수에 따라 30분에서 1시간 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 추적기가 실험 내내 허벅지와 잘 접촉하도록 하는 것이 중요합니다. 각 시도 전에 추적기가 안전한지 확인하기 위해 주의를 기울여야 합니다.

여기에 설명된 프로토콜은 푸시 버튼을 사용하여 사용자 응답을 기록하지만, 이 방법은 무릎 구부리기와 같이 생리학적으로 더 관련성이 높은 다른 응답 메커니즘으로 확장될 수 있습니다. 개발 후, 이 방법은 재활 공학 분야의 연구자들이 신체 건강한 개인과 하지 절단 환자의 진동 촉각 피드백을 통해 다양한 출처의 감각 정보를 전달하기 위한 다양한 전략을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 진동 촉각 자극 빈도 및 위치의 다양한 조합에 대한 사용자 응답의 속도와 정확도를 평가하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.