Over the decades, commercial myoelectric prosthetic hand for upper limb amputees has been developed to give users activity function but they do not provide any sensory information of their fingers. Users have difficulty in controlling hand precisely and feel not enough satisfaction from them. To provide sensory information to users, electrotactile feedback which stimulates the skin of residual limb with small current is commonly used. But up to now, general paradigm for this has not been developed yet.
In this dissertation, sensory feedback methodology for myoelectric forearm prostheses using electrotactile stimulation is suggested. First, the map between stimulus parameters and evoked sensations on the upper arm is found through the experiment. Pressure-like sensation in the high frequency area is used to express the contact force of prosthetic hand which is what users want to know most and the intensity of pressure increases proportionally to the pulse width of stimulating current. Two channel stimulation is used to provide three finger information: thumb's contact, the contact force of index and middle finger. It shows 78.8% accuracy in strength discrimination for 15 patterns using intermittent stimulation, and 93.14% accuracy in three finger discrimination for 7 patterns using mixed stimulation.
In the grasping experiment using gripper, subjects identify the state of contact of thumb and index with over 90% accuracy using mixed stimulation in one electrode, and the discrimination of three levels' stiffness of object has 82% accuracy. Using suggested sensory feedback, it is expected that prosthetic hand users can obtain the information from three fingers and objects with reduced visual attention.
지난 수십 년 동안, 상용 근전전동의수가 개발되어 상지 절단환자에게 운동 기능을 제공해왔지만 의수의 어떠한 감각 정보도 제공해주지 못했다. 이로 인해 사용자는 의수를 세밀하게 제어하는데 어려움을 느끼고 있으며 의수로부터 충분한 만족감을 느끼지 못하고 있다. 사용자에게 감각 정보를 제공하기 위해 남아있는 팔의 피부에 작은 전류를 흘려주는 전기촉각 피드백이 주로 사용된다. 하지만 현재까지 전기촉각 피드백에 대한 일반적인 방법론은 구축되지 않았다. 본 논문에서는 전기촉각 자극을 이용한 근전전동의수용 감각 피드백 방법론을 제안한다. 먼저, 실험을 통해 자극 파라미터와 상완에 생성되는 감각 사이의 맵을 찾는다. 고주파수에서의 압력과 유사한 감각이 사용자가 가장 필요로 하는 의수의 접촉 힘을 표현하는데 사용되었으며, 자극 전류의 펄스폭을 조절함으로써 압력의 세기를 비례적으로 증가시켰다. 세 손가락 감각 정보(엄지의 접촉, 검지와 중지의 접촉 힘)를 제공하기 위해 2 채널 자극이 사용되었다. 간헐적 자극을 이용하여 15개 패턴에 대해 78.8%의 강도 구별성능을 보였으며, 혼합 자극을 이용하여 7개 패턴에 대해 93.14%의 세 손가락 구별 성능을 보였다. 그리퍼를 이용한 파지실험에서 참가가는 한 전극의 혼합 자극을 이용하여 90%이상의 정확도로 엄지와 검지의 접촉 상태를 구별하였으며 82%의 정확도로 세 단계의 물체 강성을 구별하였다. 제안한 감각 피드백을 이용하면 의수 사용자가 큰 시각적 주의 없이도 세 손가락 정보를 얻을 수 있으며 이로부터 물체의 정보를 파악할 수 있을 것으로 예상된다.
