Thiết bị đeo xúc giác có thể thay thế giác quan, tăng cường giác quan và huấn luyện

24hscore – Suy giảm cảm giác làm giảm chất lượng cuộc sống và có thể làm chậm hoặc cản trở quá trình phục hồi chức năng. Các thiết bị điện tử nhỏ, có khả năng tính toán mạnh mẽ đã cho phép phát triển các hệ thống có thể đeo gần đây nhằm cải thiện chức năng cho những người bị suy giảm cảm giác. Mục đích của đánh giá này là tổng hợp nghiên cứu về thiết bị đeo xúc giác hiện tại cho các ứng dụng lâm sàng liên quan đến suy giảm cảm giác. Chúng tôi định nghĩa thiết bị đeo xúc giác là các thiết bị đeo trên cơ thể không có dây buộc, không nối đất, tương tác trực tiếp với da hoặc qua quần áo và có thể được sử dụng trong môi trường tự nhiên bên ngoài phòng thí nghiệm. 

Kết quả đánh giá này được phân loại theo mức độ suy giảm cảm giác. Suy giảm hoàn toàn, chẳng hạn như ở người cụt chi, người mù hoặc người điếc, liên quan đến xúc giác đóng vai trò thay thế cảm giác; suy giảm một phần, như thường gặp trong phục hồi chức năng, liên quan đến xúc giác như một phương pháp tăng cường cảm giác; và không có sự suy giảm nào liên quan đến xúc giác với tư cách là người huấn luyện. Đánh giá này cho thấy các thiết bị xúc giác có thể đeo được đã cải thiện chức năng cho nhiều ứng dụng lâm sàng bao gồm: phục hồi chức năng, chân tay giả, mất tiền đình, viêm xương khớp, giảm thị lực và mất thính giác. Sự phát triển của thiết bị đeo xúc giác trong tương lai nên tập trung vào nhu cầu lâm sàng, hiển thị xúc giác trực quan và đa phương thức, nhu cầu năng lượng thấp và tuân thủ cơ sinh học để sử dụng lâu dài.

Giới thiệu

Suy giảm cảm giác, bao gồm mất cảm giác cơ thể, thị lực và thính giác có thể do nhiều chấn thương và bệnh tật như mất chân tay, mất thị lực và đột quỵ và từ lâu đã được biết là làm giảm chất lượng cuộc sống và kéo dài thời gian phục hồi. Khi dân số thế giới già đi, mức độ nghiêm trọng của những vấn đề này có thể sẽ tăng lên do khả năng suy giảm cảm giác ở những nhóm dân số lớn tuổi. Trong trường hợp không có phương pháp điều trị nào có thể khôi phục hoàn toàn chức năng cảm giác tự nhiên, các phương pháp tập trung vào việc thay thế hoặc tăng cường những khiếm khuyết có thể đóng vai trò là lựa chọn thay thế hiệu quả.

Da người từ lâu đã được công nhận là cơ quan tiếp nhận thông tin. Các cảm giác về da như áp lực, rung và căng có thể truyền tải các thông điệp xúc giác được truyền đến não thông qua các dây thần kinh hướng tâm. Ví dụ: phản hồi xúc giác có thể được sử dụng để mã hóa các phép đo áp suất và độ rung từ bộ phận giả đến da của người dùng. Để huấn luyện chuyển động của con người, chuyển động có thể được đo theo thời gian thực và so sánh với chuyển động mong muốn được xác định trước, sau đó biên độ hoặc tần số phản hồi xúc giác có thể được điều chỉnh tỷ lệ với tín hiệu lỗi để cảnh báo người dùng về những thay đổi mong muốn. Tương tự, phản hồi xúc giác đã được sử dụng để huấn luyện các chuyển động lặp đi lặp lại như bơi lội hoặc dáng đi trong trường hợp đó phản hồi được bắt đầu theo các xung định kỳ thay vì liên tục. Một cách tiếp cận khác là mô hình chuyên gia-học viên trong đó chuyên gia thực hiện các chuyển động, sau đó học viên sẽ thực hiện theo thông qua phản hồi xúc giác dựa trên các lỗi động học giữa chuyên gia và học viên.

Thiết bị đeo xúc giác có khả năng giải quyết các vấn đề về giác quan. Chúng tôi định nghĩa xúc giác theo nghĩa rộng là cảm giác chạm và bao gồm cảm giác rung, kết cấu, trượt, nhiệt độ, đau đớn, lực và cảm giác sở hữu. Các cảm biến, bộ truyền động và bộ xử lý nhỏ hơn, nhẹ hơn và mạnh hơn đã cho phép phát triển công nghệ thiết bị đeo gần đây cho các ứng dụng lâm sàng. Các hệ thống có thể đeo đã được sử dụng để thực hiện phục hồi chức năng tại nhà, đánh giá hoạt động chức năng, phát hiện các rối loạn vận động, cải thiện độ ổn định khi đi lại và giảm tải cho khớp. Các hệ thống này mang lại cho người dùng khả năng di chuyển và tự do thực hiện các tác vụ bình thường trong môi trường tự nhiên.

Các ứng dụng lâm sàng của thiết bị đeo xúc giác có thể được phân loại theo mức độ suy giảm cảm giác (Hình  1 ). Suy giảm hoàn toàn xảy ra khi chức năng cảm giác bị mất hoàn toàn, thường là do các thụ thể hoặc đường dẫn cảm giác bị tổn thương, rối loạn chức năng hoặc bị mất, chẳng hạn như đối với người mù và người cụt chi. Suy giảm hoàn toàn đòi hỏi phải thay thế cảm giác bằng cùng một phương thức cảm nhận hoặc thay thế cảm giác. Thông tin cảm giác không đầy đủ có thể là kết quả của các tín hiệu cảm giác bị suy giảm, ồn ào do tuổi già hoặc mất cảm giác một phần do bệnh tật hoặc chấn thương. Điều này dẫn đến suy giảm cảm giác một phần và có thể ảnh hưởng thêm đến chức năng. Ví dụ, mất tiền đình một bên làm giảm khả năng kiểm soát tư thế, có thể dẫn đến khó khăn khi đứng hoặc đi lại. Thiết bị đeo xúc giác có thể hữu ích cho tình trạng suy giảm cảm giác một phần như một phương tiện tăng cường cảm giác tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển và phục hồi vận động. Trong một số ứng dụng lâm sàng, thông tin cảm giác vẫn còn nguyên vẹn nhưng thiết bị đeo xúc giác có thể được sử dụng để điều chỉnh những khiếm khuyết về hành vi như đào tạo lại kiểu dáng đi để giảm tải đầu gối cho những người bị viêm xương khớp đầu gối. Trong trường hợp không bị suy giảm chức năng này, phản hồi xúc giác hoạt động như một người huấn luyện, tự động hướng dẫn các kiểu chuyển động mới thông qua thông tin tín hiệu qua da.

Do sự quan tâm ngày càng tăng nhanh chóng gần đây đối với các thiết bị đeo cho mục đích lâm sàng, nghiên cứu và thương mại, nên cần phải trình bày rõ ràng công nghệ tiên tiến nhất vì nó liên quan đến suy giảm chức năng và phục hồi chức năng. Vì vậy, mục đích của đánh giá này là kiểm tra các thiết bị đeo xúc giác cho các ứng dụng ở mức độ suy giảm cảm giác khác nhau. Mặc dù trọng tâm là các thiết bị di động, các thiết bị có dây buộc thể hiện lợi ích lâm sàng của phản hồi xúc giác trên thiết bị đeo có thể di động được (ví dụ: chạy bằng pin thay vì chạy bằng ổ cắm) cũng được đưa vào. Các thiết bị phục hồi chức năng bằng robot có thể đeo hoặc bộ xương ngoài được cấp điện không được đưa vào vì chúng đã là chủ đề của đánh giá trước đó. Bài viết được sắp xếp theo mức độ suy giảm cảm giác giảm dần, bắt đầu bằng việc thay thế cảm giác, sau đó là tăng cường cảm giác và cuối cùng là huấn luyện viên.

Thay thế cảm giác

Thiết bị đeo xúc giác có thể hoạt động như một sự thay thế giác quan cho những khiếm khuyết hoàn toàn. Phần này đề cập đến các ứng dụng xúc giác liên quan đến việc thiếu chi trên và chi dưới, sau đó là mất thị lực và thính giác.

Chân tay giả trên

Bàn tay giả đã đạt được những khả năng cơ điện tử đáng chú ý (ví dụ: Revolutionizing Prosthetics và Otto Bock), tuy nhiên, có tới 39% người cụt tay đeo chân tay giả được điều khiển bằng điện cơ không sử dụng chúng thường xuyên hoặc hoàn toàn không sử dụng do thiếu phản hồi cảm giác xúc giác. Thông tin nắm bắt hiện tại ở người sử dụng chân tay giả xảy ra thông qua quan sát trực quan (77%), lắng nghe (67%) và cảm giác còn sót lại của chi (57%). Xúc giác dành cho tình trạng suy giảm hoàn toàn nhằm mục đích khôi phục thông tin xúc giác hoặc cảm giác bản thể bị thiếu quan trọng đối với việc cầm nắm bằng bộ phận giả nhằm kéo dài thời gian sử dụng bộ phận giả. Một thách thức lớn là điều phối các mô hình kích thích không gian và thời gian cũng như nhu cầu năng lượng sao cho chúng làm phát sinh các biểu hiện thần kinh đồng nhất về rung, tiếp xúc, lực, áp suất, trượt hoặc trở kháng cơ trong quá trình sử dụng lâu dài.

Phản hồi xúc giác cho các bộ phận giả ở chi trên sẽ khôi phục cảm giác chạm bằng cách chuyển tiếp các phép đo lực, áp suất và độ trượt cho người dùng. Phản hồi lực và áp suất thường được sử dụng trong các thiết bị xúc giác để chuyển tiếp thông tin về lực bám. Thông tin này thường được truyền đi một cách cơ học, chẳng hạn như thông qua việc chạm vào da hoặc thông qua kích thích điện hoặc rung. Patterson và cộng sự đã dịch áp lực nắm từ một vật thể sang áp suất thủy lực trong vòng bít quanh cánh tay trên. Bằng cách so sánh sự kết hợp của phản hồi áp lực, độ rung và tầm nhìn, họ phát hiện ra rằng phản hồi áp lực mang lại hiệu suất nắm bắt cao nhất. Rombokas và cộng sự. Phát hiện ra rằng phản hồi rung động được áp dụng cho cánh tay trên trong các nhiệm vụ chuyển động bằng lực đã cải thiện hiệu suất thao tác ảo cho những người dùng cơ thể và chân tay giả có khả năng.

Lực trượt hoặc lực cắt giữa bộ phận giả và vật được giữ là yếu tố then chốt để xác định độ ổn định khi cầm và lực nắm tối thiểu. Sự kết hợp giữa phản hồi trượt và lực cho phép thao tác với một vật thể ảo với lực thấp hơn so với chỉ phản hồi lực. Phản hồi tốc độ trượt, được thực hiện dưới dạng kích thích điện tiếp xúc trên da, làm tăng khả năng thành công trong việc dừng trượt và điều chỉnh thời gian phản ứng cầm nắm của người dùng. Kim và cộng sự đã chế tạo một thiết bị xúc giác cho người bị cụt chi sau phẫu thuật tái tạo dây thần kinh có mục tiêu. Thiết bị này chuyển tiếp tiếp xúc, áp suất, độ rung và lực cắt thông qua một cơ cấu tác động cơ học tiếp xúc với một miếng da có đường kính 8 mm. Damian và cộng sự đã phát triển một thiết bị xúc giác có thể đeo được để chuyển tiếp tốc độ trượt, thông qua một loạt máy xúc quét trên da và lực bám thông qua việc chạm vào da được mã hóa tần số.

Trong khi nhiều vùng da đã được khám phá để kích thích xúc giác, thì đầu ngón tay là một vị trí hấp dẫn do mật độ cơ quan cảm thụ cơ học cao và sự phù hợp của cảm giác nắm bắt với bàn tay bị mất. Các vị trí gần chi bị mất nhất được ưu tiên để khai thác các đầu cuối hướng tâm dư thừa. Các vị trí khác mà cảm giác trên da được sử dụng tương đối ít hơn trong cuộc sống bình thường như cánh tay hoặc lưng có mật độ cơ quan cảm nhận cơ học thấp hơn nhưng không cản trở các hoạt động thao túng. Tuy nhiên, có thể vị trí kích thích da ít quan trọng hơn các yếu tố khác như tốc độ học tập.

Khả năng nhận biết chuyển động nhân tạo cho phép người dùng chân tay giả tiếp cận mục tiêu chính xác hơn và giảm sự chú ý thị giác trong quá trình thao tác. Witteveen và cộng sự đã sử dụng một dãy tám bộ rung trên cánh tay để thể hiện tám vị trí riêng biệt trong việc đóng bàn tay giả trong quá trình nắm. Phản hồi rung động được cho là vượt trội hơn so với không có phản hồi về khả năng nắm bắt thành công và thời gian trong các nhiệm vụ nắm bắt đối tượng ảo. Vỏ cây và cộng sự giới thiệu một thiết bị xúc giác có thể đeo được để xoay da để hiển thị chuyển động của chi có khả năng cảm nhận bản thân. Người dùng có thể phân biệt các chuyển vị xoay có độ giãn trong phạm vi 6 độ của tổng phạm vi chuyển động. Phản hồi trở kháng nhân tạo có thể hỗ trợ người dùng bộ phận giả điều chỉnh sự tương tác của bộ phận giả của họ với nhiều môi trường khác nhau. Trống và cộng sự cho thấy rằng người dùng được cung cấp phản hồi về vị trí và lực có thể đánh giá tác động của trở kháng chân giả và khả năng điều chỉnh của nó giúp cải thiện hiệu suất của người dùng trong việc giảm thiểu lực tiếp xúc với vật thể chuyển động. Ngoài ra, rung động và căng da đã được sử dụng để cung cấp cho người dùng khả năng điều chỉnh lực tương tác môi trường.

Các cuộc nghiên cứu này cho thấy lợi ích rõ ràng của phản hồi xúc giác có thể đeo được đối với các bộ phận giả ở chi trên bằng cách khôi phục các cảm giác về lực, áp lực, trượt và cảm giác bản thể bị mất. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc khôi phục một cảm giác duy nhất, chẳng hạn như trượt, đồng thời khôi phục nhiều cảm giác đồng thời có thể mang lại cho người dùng khả năng cầm nắm ổn định hơn và độ khéo léo cao hơn trong các tình huống thao tác trong đời thực. Một thách thức lớn là thu nhỏ các thiết bị đeo xúc giác đa chức năng cồng kềnh đến kích thước mà lợi ích của thiết bị đeo lớn hơn sự khó chịu và bất tiện của các thiết bị phức tạp, do đó đã hạn chế sự tuân thủ lâu dài của người dùng.

Chân giả chi dưới

Mặc dù tồn tại nhiều loại chân tay giả nhưng tương đối ít cung cấp phản hồi cảm giác so với chân giả. Tuy nhiên, việc thiếu phản hồi có thể dẫn đến những bất thường trong phối hợp dáng đi, mất thăng bằng và phục hồi chức năng kéo dài. Để chuyển tiếp thông tin về lực tiếp xúc từ mặt đất đến bộ phận giả, Fan và cộng sự đã phát triển một hệ thống xúc giác bao gồm một vòng bít gồm bốn quả bóng khí nén bằng silicon đặt quanh đùi phản ứng đơn điệu với các mẫu áp suất được ghi lại bởi cảm biến lực ở đế trong của người dùng. Sáu đối tượng khỏe mạnh có thể phân biệt kiểu bơm hơi và hướng của kích thích áp lực, nhận biết ba mức lực và phân biệt chuyển động dáng đi với độ chính xác lần lượt là 99,0%, 94,8%, 94,4% và 95,8%. Crea và cộng sự đã ánh xạ lực ghi được ở đế giày thành phản hồi rung động trên da đùi, cung cấp thông tin về quá trình chuyển pha cổng. Họ đã chứng minh rằng mối quan hệ không gian và thời gian giữa phản hồi rời rạc theo thời gian rung động và chuyển đổi pha dáng đi có thể học được. Trong một nghiên cứu trên 24 người sử dụng bộ phận giả xuyên xương chày, Rusaw et al truyền chuyển động của cơ thể thông qua phản hồi rung tỷ lệ thuận với tín hiệu từ cảm biến lực đặt dưới bàn chân giả. Phản hồi rung cải thiện độ ổn định tư thế và giảm thời gian phản hồi để tránh té ngã. Phản hồi bản thân trong các bộ phận giả ở chi dưới đã được Buma et al nghiên cứu sử dụng màn hình xúc giác điện không gian của góc đầu gối giả trong dáng đi. Các đối tượng đeo các điện cực ở mặt trong của đùi ngay phía trên đầu gối và kết quả cho thấy sự kích thích không liên tục làm giảm thói quen sau 15 phút. Cuối cùng, Sharma và cộng sự đã nghiên cứu phản ứng trong chuyển động của chi với các kích thích rung được áp dụng cho đùi và cho thấy thời gian phản hồi trung bình là 0,8 giây và độ chính xác của phản hồi lớn hơn 90%.

Hầu hết các nghiên cứu liên quan đến xúc giác có thể đeo được cho các bộ phận giả ở chi dưới đã trích xuất các đặc điểm dáng đi khác nhau, chẳng hạn như mô hình áp lực bàn chân hoặc phát hiện pha dáng đi, từ đế lót cảm biến lực và sau đó ánh xạ các đặc điểm này tới người dùng chân tay giả thông qua phản hồi xúc giác. Mặc dù những nghiên cứu ban đầu này đầy hứa hẹn nhưng nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc khôi phục những cảm giác bị thiếu ở khớp mắt cá chân và khớp gối kết hợp với các mô hình áp lực ở bàn chân.

Hỗ trợ thị lực cho người mù

Các kỹ sư và nhà khoa học từ lâu đã tìm cách thay thế thị giác cho người mù. Trong một nghiên cứu chuyên đề, Bach-Y-Rita et al đã sử dụng một dãy máy xúc giác 20 x 20 gắn trên ghế nha khoa để kích thích da lưng của đối tượng mù, mang lại cho họ cảm giác “tầm nhìn” thông qua việc thay thế xúc giác. Nghiên cứu được xây dựng dựa trên những nỗ lực ban đầu này đã tạo ra một loạt các thiết bị đeo xúc giác hỗ trợ thị giác cho người mù (xem các bài báo khảo sát.

Mặc dù thắt lưng có độ nhạy xúc giác thấp nhưng đây là vị trí tự nhiên cho phản hồi xúc giác vì nó di chuyển tương đối ít trong quá trình đi lại. McDaniel và cộng sự đã phát triển một đai xúc giác gồm 7 máy bấm cách đều nhau quanh thắt lưng để báo hiệu cho người mù về sự hiện diện của người khác. Kết quả cho thấy chiếc thắt lưng có thể truyền tải hướng của người khác thông qua vị trí rung và khoảng cách của người khác thông qua thời gian rung. Karcher và cộng sự đã sử dụng một đai xúc giác bao gồm 30 máy xúc cách đều nhau kết hợp với một la bàn kỹ thuật số để hiển thị hướng bắc từ bằng cách liên tục rung máy thu gần nhất thẳng hàng với hướng bắc từ. Johnson và Higgins đã sử dụng đai xúc giác có gắn hai camera web để chuyển đổi thông tin hình ảnh thành bản đồ độ sâu xúc giác hai chiều. Các vật thể được cảm nhận sẽ kích hoạt vành đai rung theo hướng của vật thể, với các vật thể ở gần hơn gây ra tần số rung động cao hơn. Một số nghiên cứu đã sử dụng đai xúc giác có cảm biến GPS để điều hướng ngoài trời bằng cách rung máy bấm theo hướng chuyển động cần thiết để đến điểm tham chiếu dự định hoặc đích cuối cùng.

Mật độ cao của các cơ quan cảm thụ cơ học ở bàn tay và ngón tay tạo nên những vị trí thuận lợi cho phản hồi xúc giác. Amemiya và cộng sự gắn máy rung vào 3 ngón tay của mỗi bàn tay để hướng dẫn và định hướng cho người mù. Meers và cộng sự đã sử dụng găng tay kích thích điện để chuyển tiếp kích thích xúc giác tỷ lệ thuận với khoảng cách đến các vật thể trong môi trường. Các đối tượng bị bịt mắt có thể báo cáo các vị trí chướng ngại vật, tránh chúng và đi bộ đến các điểm đến được xác định trước trong khi điều hướng qua các địa điểm ngoài trời bao gồm bãi đậu xe ô tô và khuôn viên trường đại học. Koo và cộng sự đã phát triển một màn hình xúc giác đầu ngón tay mềm mại, linh hoạt với 20 polyme điện động cho chữ nổi Braille và hiển thị thông tin hình ảnh qua da. Shah và cộng sự đã tạo ra một thiết bị xúc giác cầm tay hình trụ với 4 cảm biến siêu âm hướng về phía trước, bên trái, bên phải và bên dưới thiết bị được giữ trước mặt người dùng. Một dãy máy rung 4 x 4 được nhúng trong tay cầm thẳng hàng với các ngón tay đang nắm thiết bị, với 4 máy rung cho mỗi ngón tay, không bao gồm ngón cái. Thông tin hình ảnh từ các cảm biến siêu âm được ánh xạ tới máy xúc và cho phép các đối tượng bị bịt mắt điều hướng đến một vị trí được xác định trước trong khi tránh chướng ngại vật. Ito và cộng sự đã tạo ra một thiết bị cầm tay được buộc bằng dây kim loại vào thắt lưng của người dùng. Người dùng hướng thiết bị theo hướng định hướng dự định và khi cảm biến siêu âm phát hiện vật thể, dây sẽ siết chặt kéo tay về phía dây đai. Khi vật ở xa, dây sẽ lỏng ra để tay có thể duỗi ra. Gallo và cộng sự trang bị một cây gậy trắng có bộ rung xúc giác để phản hồi khoảng cách và một bánh xe quán tính quay để tăng thêm cảm giác tiếp xúc.

Các vị trí khác được nhắm mục tiêu cho phản hồi xúc giác vì hỗ trợ thị giác bao gồm lưỡi, miệng, thân, đầu và bàn chân. Bach-Y-Rita và cộng sự đã phát triển một thiết bị kích thích lưỡi bao gồm các phần tử điện động 7 x 7. Người dùng nhận ra các mẫu kích thích xúc giác bao gồm hình tròn, hình vuông và hình tam giác, có khả năng được sử dụng để điều hướng mù. Tang và Beebe đã thiết kế một ống ngậm xúc giác bằng miệng có tác dụng kích thích vòm miệng thông qua màn hình xúc giác điện 7 x 7. Thiết bị cung cấp các tín hiệu điều hướng cơ bản bao gồm di chuyển sang trái, phải, tiến hoặc lùi. Jones và cộng sự. [ 87 ] đã sử dụng một dãy máy rung 4 x 4 dọc theo lưng dưới để hướng dẫn đối tượng đi qua một mạng lưới các hình nón bên ngoài cánh đồng. Mann và cộng sự. [ 88 ] trang bị thêm một chiếc mũ bảo hiểm có camera Kinect và một mảng xúc giác rung quanh trán để hiển thị thông tin hình ảnh một cách xúc giác cho các ứng dụng điều hướng mù. Cuối cùng, tactor đã được gắn vào đế giày và được sử dụng để đưa ra tín hiệu định hướng để điều hướng và thông báo nguy cơ té ngã cao.

Có sự cân bằng rõ ràng giữa sự thoải mái của người dùng và mật độ thông tin phản hồi khi quyết định vị trí áp dụng phản hồi xúc giác như một công cụ hỗ trợ thị giác. Mặc dù việc áp dụng cảm giác xúc giác vào thắt lưng hoặc lòng bàn chân có thể là những vị trí tự nhiên vì hầu hết mọi người đều đã đeo thắt lưng và lót giày, việc kích thích các vùng cơ quan cảm thụ cơ học mật độ cao như miệng và đầu ngón tay cho phép phản hồi có độ phân giải cao hơn có thể truyền tải thông tin hình ảnh một cách chân thực hơn . Điểm nhấn chính trong tương lai là xác định thông tin hình ảnh quan trọng nhất cho người mù và lập bản đồ thông tin này theo cách trực quan cho người dùng. Cho rằng phản ứng của con người đối với thông tin hình ảnh có xu hướng dành riêng cho từng ứng dụng, chẳng hạn như phản hồi các tín hiệu giao tiếp phi ngôn ngữ so với việc thay đổi kiểu dáng đi để tránh chướng ngại vật đã xác định trong quá trình điều hướng, các chiến lược phản hồi xúc giác cũng có thể cần phải dành riêng cho ứng dụng thay vì cố gắng khái quát hóa. mọi thông tin trực quan.

Hỗ trợ thính giác cho người điếc

Để tổ chức các cuộc trò chuyện, người khiếm thính thường dựa vào các tín hiệu thị giác hoặc xúc giác, chẳng hạn như đánh vần bằng ngón tay, đọc môi hoặc Tadoma. Ngoài ra, bộ phát âm xúc giác thực hiện phân tích tần số của tín hiệu thính giác đến và hiển thị thông tin quang phổ dưới dạng kích thích trên da của người khiếm thính. Saunders và cộng sự đã trình bày một đai bụng chứa các thiết bị kích thích điện tiếp xúc mã hóa tần số giọng nói để nhận dạng giọng nói ở trẻ điếc nặng (mất thính lực lớn hơn 90 dB đối với tần số âm thanh 250 Hz). Sự cải thiện trong việc tạo ra lời nói và mức độ dễ hiểu đã được quan sát thấy sau một nghiên cứu thăm dò kéo dài 4 tháng. Boothroyd và cộng sự. [ 94 ] đã chỉ ra rằng ngữ điệu có thể được nhận biết dễ dàng hơn bằng cách sử dụng các nét cơ học trên da được thực hiện dưới dạng một mảng gồm tám cuộn dây điện từ được kích hoạt tùy thuộc vào cao độ được trích ra từ micrô hoặc gia tốc kế. Sự so sánh giữa kích thích xúc giác rung đa kênh và kích thích xúc giác điện để chuyển tiếp tần số âm thanh được trình bày trong [ 95 ]. Hai thiết bị hiển thị xúc giác khác nhau về phương thức kích thích (rung động, xúc giác điện), vị trí kích thích (cánh tay, bụng) và xử lý giọng nói (có và không có chức năng khử tiếng ồn). Kết quả cho thấy cả hai thiết bị đều mang lại lợi ích ngoài việc đọc môi. Bernstein và cộng sự. [ 96 ] đã so sánh ba bộ phát âm rung động trên cẳng tay ở các đối tượng bình thường và khiếm thính và nhận thấy rằng độ phân giải cao hơn ở vùng định dạng thứ hai và tỷ lệ đầu ra tuyến tính đã dẫn đến những cải thiện đáng kể về khả năng đọc nhép câu bằng bộ mã hóa.

Ngoài khả năng nhận dạng giọng nói, người khiếm thính cũng khó phân biệt được âm thanh môi trường. Sậy và cộng sự đã chứng minh rằng những đối tượng có thính giác bình thường và những đối tượng bị điếc nặng được trang bị thiết bị hỗ trợ xúc giác quang phổ đeo được có thể xác định hai bit thông tin trong bốn bộ âm thanh gồm 10 mục. Hơn nữa, vì người khiếm thính khó kiểm soát cao độ giọng nói nên họ khó duy trì âm sắc ổn định khi nói hoặc hát. Sakajiri và cộng sự đã phát triển một thiết bị gồm 64 máy rung áp điện được sắp xếp thành hàng chân chuyển tiếp tiếp xúc với ngón tay của người dùng. Các chốt đẩy lên da hiển thị sự khác biệt giữa cao độ của người dùng và mục tiêu. Hai đối tượng khiếm thính có kiến ​​thức và thực hành về âm nhạc đã kiểm tra khả năng hỗ trợ ca hát của thiết bị. Hệ thống hiển thị xúc giác làm giảm độ lệch quãng nhạc trung bình xuống 117,5 cent (cent là đơn vị đo logarit được sử dụng cho các quãng nhạc), tương đương với độ lệch của trẻ nghe bình thường.

Sự phức tạp vốn có của ngôn ngữ và sự khác biệt giữa các chủ đề đặt ra những thách thức nghiêm trọng trong việc phát triển màn hình xúc giác hiệu quả cao để thay thế thính giác. Có thể thực tế hơn khi sử dụng phản hồi xúc giác để bổ sung cho các hoạt động thính giác hiện có, chẳng hạn như bổ sung tính năng đọc môi để giải quyết các thông điệp đọc môi không rõ ràng. Nghiên cứu sâu hơn nên tích hợp nhiều phương thức thính giác được cảm nhận hơn vào công nghệ xúc giác có thể đeo được, chẳng hạn như tần số âm thanh, khát vọng giọng nói và các mẫu đặc điểm thời gian. Công việc tiếp theo để tối ưu hóa các bộ lọc tín hiệu giọng nói nhằm phù hợp với những khiếm khuyết của từng đối tượng cụ thể có thể mang lại nhiều lợi ích hơn nữa thông qua màn hình xúc giác.

tăng cường cảm giác

Đối với tình trạng suy giảm cảm giác một phần, thiết bị xúc giác đeo trên người có thể cung cấp thông tin bổ sung để tăng cường các tín hiệu cảm giác yếu và nhiễu. Phần này đề cập đến các thiết bị xúc giác có thể đeo để cải thiện khả năng giữ thăng bằng khi đứng, thăng bằng khi đi bộ và phục hồi chức năng cho các tình trạng khác nhau như mất tiền đình, bệnh Parkinson và đột quỵ.

Cân bằng đứng

Để cải thiện sự cân bằng cho những người bị suy giảm cảm giác như mất tiền đình, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào phản hồi xúc giác để tăng cường cảm giác nhằm giảm sự lắc lư của thân cây [ 100 , 101 ]. Tường và cộng sự. [ 102 ] cho thấy rằng phản hồi rung động được áp dụng cho các bên của thân hoặc vai có thể được sử dụng để giảm góc nghiêng đầu và sự dịch chuyển trọng tâm của áp lực trong tư thế đứng với mắt nhắm lại. Thử nghiệm sau đó cho thấy các mảng máy rung đặt quanh thắt lưng có thể làm giảm độ nghiêng của thân trước-sau khi đứng yên ở những người bị suy giảm tiền đình [ 101 , 103 ]. Các rung động của tactor gợi ý các đối tượng di chuyển theo hướng rung động ngược lại (Hình  5 ) và mỗi hàng của tactor cho biết mức độ nghiêm trọng của việc điều chỉnh mong muốn. Sienko và cộng sự. [ 104 ] phát hiện ra rằng 4 máy bấm cách đều nhau quanh thắt lưng có hiệu quả trong việc tập nghiêng thân giống như một dãy 48 máy bấm (3 hàng x 16 cột) đặt quanh eo. Jeka và Lackner [ 105 ] cho thấy rằng kích thích chạm và áp lực ở đầu ngón tay có thể cải thiện tư thế đứng thông qua ảnh hưởng của hướng cơ thể rõ ràng.

Cảm giác rung động thường được sử dụng như một tín hiệu hướng dẫn phản cảm (tức là tránh xa rung động) [ 103 ], mặc dù các tín hiệu hướng dẫn hấp dẫn có thể tương thích với các phản ứng không có chủ ý đối với kích thích rung động trên một số vùng giải phẫu nhất định [ 106 , 107 ]. Haggerty và cộng sự. [ 108 ] đã thử nghiệm tác động của tải phản hồi rung động chú ý bằng cách yêu cầu các đối tượng thực hiện nhiệm vụ phụ trong quá trình rèn luyện rung động ở tư thế đứng. Mười người lớn tuổi khỏe mạnh đã thực hiện bài tập giữ thăng bằng khi đứng đồng thời thực hiện một nhiệm vụ nhận thức thứ cấp (xác định âm vực cao hay thấp bằng lời nói hoặc bằng cách nhấn một trong hai nút). Các đối tượng đã cải thiện sự ổn định về tư thế trong khi thực hiện nhiệm vụ phụ mặc dù thời gian phản hồi của họ tăng lên, cho thấy rằng phản hồi rung động có thể được sử dụng để cải thiện sự ổn định về tư thế cho người lớn tuổi trong các tình huống tải nhận thức. Mặc dù phản hồi xúc giác thường được đưa ra dựa trên các phép đo động học của cơ thể, nhưng gần đây người ta đã đề xuất rằng việc kết hợp các phép đo kích hoạt cơ kết hợp với động học có thể hiệu quả hơn [ 109 ].

Trong khi phản hồi xúc giác để luyện tập lắc lư tư thế thường được áp dụng cho thân, đầu và lưỡi cũng là những vị trí kích thích thích hợp [ 110 , 111 ]. Vuillerme và cộng sự. [ 112 ] đã sử dụng một mảng 6 x 6 (kích thước tổng thể 1,5 cm × 1,5 cm) của các điện cực điện tiếp xúc (đường kính 1,4 mm) để ánh xạ các phép đo trung tâm áp suất của bàn chân tới lưỡi. Vị trí kích thích điện cực tương ứng với vị trí của trung tâm áp lực ở bàn chân, do đó làm tăng nhận thức về trung tâm áp lực ở bàn chân của mỗi đối tượng. Phản hồi xúc giác của lưỡi đã được sử dụng để phục hồi tư thế đứng ở những người bị mất phản xạ một bên và hai bên và mất tiền đình một bên và hai bên [ 113 ].

Ngược lại với các nghiên cứu trước đây sử dụng thiết bị đeo xúc giác như một phản ứng dựa trên tín hiệu để thay đổi người dùng những thay đổi chuyển động mong muốn, các rung động xúc giác cộng hưởng ngẫu nhiên đã được đề xuất để khuếch đại tín hiệu hướng tâm tự nhiên của con người bằng cách thêm nhiễu trắng vào tín hiệu yếu [ 114 , 115 ]. Priplata và cộng sự. [ 116 ] đã sử dụng đế lót bằng gel có gắn ba tactor để áp dụng rung động tiếng ồn trắng cộng hưởng ngẫu nhiên vào lòng bàn chân. 27 đối tượng người cao tuổi đứng yên lặng trên đế trong điều kiện có và không có tiếng ồn trắng đầu vào. Biên độ của tiếng ồn được đặt ở mức 90% ngưỡng cảm nhận cảm giác đối với từng đối tượng (và do đó tín hiệu tiếng ồn không thể nhận thấy được trong quá trình thử nghiệm) và tần số tiếng ồn là 0–100 Hz. Tất cả các chỉ số cân bằng đứng được cải thiện nhờ nhiễu ngẫu nhiên. Một nghiên cứu tương tự đã được thực hiện cho thấy cộng hưởng ngẫu nhiên cũng cải thiện khả năng thăng bằng khi đứng cho những người mắc bệnh thần kinh tiểu đường và đột quỵ [ 117 ].

Hai chiến lược chính đã xuất hiện để áp dụng phản hồi xúc giác có thể đeo để tăng cường khả năng giữ thăng bằng khi đứng: 1) áp dụng các tín hiệu xúc giác định kỳ, thường là vào thân, để hướng dẫn chuyển động điều chỉnh mong muốn và 2) áp dụng các rung động liên tục vào lòng bàn chân để khuếch đại các tín hiệu hướng tâm tự nhiên. Việc kết hợp hai phương pháp này có thể tạo ra một hệ thống ưu việt có tiềm năng lớn hơn để cải thiện sự cân bằng. Ngoài ra, hầu hết các nghiên cứu đều cho rằng các thiết bị xúc giác có thể đeo cần được sử dụng vô thời hạn để tiếp tục mang lại lợi ích hỗ trợ thăng bằng, đồng thời bỏ qua những tác động của việc học tập lâu dài và thích ứng với các thiết bị đó, đây là một khía cạnh quan trọng đáng được xem xét trong tương lai.

Đi bộ thăng bằng

Chuyển động của thân trong mặt phẳng trong-bên là rất quan trọng để ổn định tư thế trong dáng đi [ 118 ]. Vì vậy, những nỗ lực nghiên cứu đã tập trung vào việc cung cấp phản hồi xúc giác để giảm chuyển động quá mức của thân giữa và bên. Dozza và cộng sự. [ 19 ] đã sử dụng áo vest rung để rèn luyện dáng đi ở chín đối tượng bị mất tiền đình một bên. Áo vest có hai cột gồm ba tactor ở mỗi bên và các cặp rung khi độ nghiêng của thân trong-bên vượt quá 2 độ (cặp dưới), 7 độ (cặp giữa) và 12 độ (cặp cao hơn). Quá trình đào tạo này đã giúp giảm độ nghiêng của thân cây, độ dịch chuyển khối tâm, độ rộng bước giữa và tần số lỗi khi bước đi. Horak và cộng sự. [ 119 ] đã thực hiện hai buổi huấn luyện phản hồi xúc giác cách nhau hai tuần ở 10 cá nhân bị mất tiền đình một bên. Phản hồi làm tăng độ ổn định khi đi bộ trong dáng đi song song (đi bộ từ gót chân đến ngón chân) được chứng minh bằng việc giảm độ dịch chuyển trọng tâm, độ nghiêng của thân và chiều rộng bước giữa-bên. Janssen và cộng sự. [ 120 ] đã thử nghiệm 40 đối tượng khỏe mạnh và cho thấy rằng tấm che mặt có bộ rung sử dụng phản hồi xúc giác, thị giác và thính giác làm giảm vận tốc và góc nghiêng của thân cây đối với nhiều nhiệm vụ dáng đi bao gồm đi bộ: với mắt mở hoặc nhắm, trong khi xoay hoặc nghiêng đầu, trong khi xách ly nước đi ngược, lên xuống cầu thang.

Phản hồi xúc giác có thể làm tăng tải trọng chú ý trong dáng đi. Verhoeff và cộng sự. [ 121 ] đã quan sát 16 đối tượng trẻ khỏe mạnh và 13 đối tượng già khỏe mạnh khi họ thực hiện luyện tập dáng đi với nhiệm vụ phụ đồng thời, vừa đi vừa đếm ngược trong 7 giây (nhiệm vụ nhận thức) hoặc vừa đi vừa mang khay đựng cốc nước (nhiệm vụ vận động). Các đối tượng trẻ tuổi có thể thực hiện cả hai nhiệm vụ kép, nhưng các đối tượng lớn tuổi chỉ có thể thực hiện nhiệm vụ vận động kép chứ không thể thực hiện nhiệm vụ nhận thức kép. Trong quá trình đào tạo lại dáng đi, phản hồi rung động liên tục có thể phù hợp hơn các xung rung định kỳ ngắn. Sienko và cộng sự. [ 122 ] đã thử nghiệm bảy đối tượng bị mất tiền đình, những người nhận được phản hồi rung liên tục về góc nghiêng thân của họ hoặc xung rung 200 ms định kỳ ngay sau cú va chạm gót chân trên mỗi bước đi. Mặc dù cả hai phương pháp đều cho phép đối tượng giảm sự lắc lư của thân trong-bên, nhưng phản hồi liên tục sẽ hiệu quả hơn.

Tương tự như các ứng dụng trong thăng bằng khi đứng, cộng hưởng ngẫu nhiên đã được đề xuất như một phương pháp tăng cường cảm giác để tăng cường các tín hiệu hướng tâm yếu cho dáng đi. Galica và cộng sự. [ 123 ] chèn ba tactor vào đôi dép tùy chỉnh để tạo ra tiếng ồn trắng 0–100 Hz cho 18 người già bị ngã tái phát và 18 người già không bị ngã trong dáng đi đi bộ với tốc độ 1 m/s. Rung động bằng tiếng ồn trắng của bàn chân làm giảm sự thay đổi sải bước, tư thế đứng và thời gian vung vợt đối với những người cao tuổi bị ngã thường xuyên và giảm sự biến đổi về thời gian sải bước và tư thế đối với những người cao tuổi không bị ngã.

Lợi ích của phản hồi xúc giác có thể đeo được trong dáng đi phải được cân nhắc với những hạn chế tiềm ẩn. Mặc dù các tín hiệu xúc giác có thể giúp cải thiện khả năng giữ thăng bằng bằng cách giảm độ lắc lư của thân cây, nhưng chúng cũng đòi hỏi sự chú ý bổ sung về mặt nhận thức, có thể dẫn đến các tác động tiêu cực thứ cấp như trượt lề đường khi đi bộ qua đường. Công việc trong tương lai nên triển khai các hệ thống đào tạo xúc giác có thể đeo được nhằm tìm cách giảm thiểu tải trọng chú ý đồng thời tối đa hóa cải thiện dáng đi.

Phục hồi chức năng

Đối với những bệnh nhân mắc các bệnh về thần kinh, chẳng hạn như đột quỵ, bệnh Parkinson, chấn thương tủy sống và bệnh lý thần kinh ngoại biên, cảm giác xúc giác bị mất hoặc bị biến dạng khiến công việc hàng ngày trở nên khó khăn [ 124 ]. Phản hồi xúc giác nhân tạo có thể đóng một vai trò trong việc lấy lại khả năng kiểm soát động cơ bị mất [ 125 ]. Cải thiện chức năng vận động đạt được thông qua đào tạo lặp đi lặp lại theo định hướng nhiệm vụ trong các chuyển động năng động liên quan đến chức năng và cung cấp phản hồi nhân tạo [ 125 , 126 ].

Phục hồi chức năng chi trên thường được thực hiện thông qua phản hồi rung động áp dụng cho cánh tay hoặc bàn tay để hướng dẫn cử động của chi [ 8 , 9 , 36 , 100 , 127 ]. Giang và cộng sự. [ 36 ] đã chế tạo một thiết bị đeo được bằng xúc giác để giúp bệnh nhân mắc bệnh đa xơ cứng cải thiện lực nắm trong các thao tác bằng cách truyền thông tin xúc giác dưới dạng tín hiệu rung trên móng tay. Phản hồi rung động dựa trên biên độ rất hữu ích cho những bệnh nhân bị suy giảm nhẹ trong việc cảnh báo họ khi lực nắm vượt quá ngưỡng xác định trước. Đối với những người bị suy giảm nghiêm trọng, họ đạt được kết quả tốt hơn bằng cách cung cấp tín hiệu phản hồi trong đó tần số và chu kỳ nhiệm vụ tỷ lệ thuận với độ lớn của lực tiếp xúc. Lieberman và cộng sự. [ 8 ] đã phát triển bộ đồ robot có thể đeo 5-DOF để cải thiện khả năng học chuyển động của con người trong quá trình phục hồi chức năng. Bộ đồ được trang bị bộ truyền động rung động đặt gần các khớp cơ thể để mã hóa tư thế cánh tay. Phản hồi xúc giác do bộ đồ cung cấp giúp cải thiện độ chính xác 27% khi thực hiện chuyển động mục tiêu và tốc độ học tập tăng tốc lên tới 23% so với không có phản hồi.

Phản hồi xúc giác để phục hồi chi dưới nhìn chung tốt hơn liệu pháp tiêu chuẩn, phương pháp điều trị bằng giả dược và phản hồi bằng lời nói để cải thiện cử động chi dưới và những lợi ích này thường được duy trì theo thời gian [ 128 , 129 ]. Van Wegen và cộng sự. [ 130 ] đã trình bày một thiết bị ra tín hiệu rung trên cổ tay để điều tra xem liệu bệnh nhân Parkinson có thể điều chỉnh tần số sải chân của họ theo các tín hiệu nhịp nhàng trong điều kiện thay đổi tốc độ đi bộ và có khả năng làm mất tập trung thị giác hay không. Việc luyện tập dẫn đến tần số sải chân thấp hơn và mạnh mẽ hơn bất kể tốc độ đi bộ hay sự phân tâm về thị giác. Nanhoe-Mahabier và cộng sự. [ 111 ] đã chứng minh sự cân bằng được cải thiện thông qua màn hình rung gắn trên đầu cho 20 bệnh nhân mắc bệnh Parkinson. Khi độ nghiêng của thân cây vượt quá ngưỡng xác định trước, động cơ rung sẽ được kích hoạt theo hướng nghiêng để giúp đối tượng giảm độ nghiêng của thân cây. Bệnh nhân mắc bệnh thần kinh ngoại biên có thể cải thiện sự mất ổn định về tư thế và thay đổi kiểu dáng đi thông qua phản hồi xúc giác được cung cấp dưới dạng dụng cụ chỉnh hình mắt cá chân hai đoạn tiếp xúc trực tiếp với chân [ 128 ]. Phục hồi dáng đi được thực hiện ở những bệnh nhân mắc bệnh thần kinh ngoại biên bị suy giảm cảm giác ở lòng bàn chân, với kết quả tích cực là tăng tốc độ đi bộ, nhịp bước hoặc chiều dài bước [ 131 ]. Các phép đo áp suất đế được ánh xạ tới các mảng bóng silicon được điều khiển bằng khí nén trên mỗi đùi cùng bên. Trong một nghiên cứu khác, 29 bệnh nhân bị suy giảm thăng bằng mãn tính thứ phát sau đột quỵ đã được cung cấp phản hồi xúc giác điện ở lưỡi thông qua một ma trận các điện cực trên lưỡi (Hình  6 ). Việc đào tạo được thực hiện 2 lần mỗi ngày, 5 lần mỗi tuần trong 1 tuần tại phòng khám, sau đó là 7 tuần như một chương trình tập thể dục tại nhà, giúp cải thiện khả năng giữ thăng bằng, sự tự tin về thăng bằng, chức năng dáng đi và chất lượng cuộc sống [ 132 ].

Trong khi các nghiên cứu phục hồi chức năng cho thấy hiệu suất tăng lên nhờ phản hồi xúc giác, nhược điểm lớn vẫn là sự khác biệt giữa các đối tượng, cản trở việc tìm kiếm các tiêu chuẩn phản hồi tối ưu. Các nền tảng phục hồi chức năng có khả năng cấu hình phản hồi xúc giác thông minh, có khả năng thích ứng có thể cung cấp phương pháp điều trị dành riêng cho từng đối tượng hữu ích hơn trên toàn cầu.

huấn luyện viên

Trong khi hầu hết các nghiên cứu về huấn luyện viên xúc giác chưa tập trung vào lâm sàng (ví dụ: đánh trống [ 133 ] hoặc trượt tuyết [ 134 ] và nhảy tiếp đất [ 135 ]), sự quan tâm ngày càng tăng đối với các thiết bị đeo xúc giác khiến lĩnh vực này có khả năng phát triển. Ví dụ: thiết bị đeo xúc giác có thể giảm tải cho đầu gối bằng cách cung cấp các tín hiệu chuyển động làm thay đổi kiểu đi bộ nguy hiểm. Một cách tiếp cận là cung cấp cho đối tượng thông tin phản hồi xúc giác liên quan trực tiếp đến tải đầu gối và cho phép họ tự chọn kiểu dáng đi mới để giảm tải đầu gối. Wheeler và cộng sự. [ 136 ] gắn một máy rung duy nhất vào cẳng tay để rung khi tải đầu gối vượt quá ngưỡng xác định trước. Không có phản hồi nào được đưa ra khi kiểu dáng đi mới dẫn đến tải trọng ở đầu gối thấp hơn. Mặc dù có hiệu quả trong thời gian ngắn, nhưng một nhược điểm của phương pháp này là các đối tượng thường tự chọn kiểu dáng đi vụng về và khó có thể duy trì lâu dài.

Một cách tiếp cận khác là rèn luyện rõ ràng động học dáng đi để giảm tải cho đầu gối. Dowling và cộng sự. [ 137 ] gắn một động cơ máy nhắn tin bên trong giày để tạo ra phản hồi rung cho bàn chân dựa trên áp lực bên của bàn chân. Ở mỗi bước, đối tượng bước đi với áp lực chân bên trên ngưỡng xác định trước, được đo bằng điện trở cảm biến lực ở mặt dưới bên của giày, động cơ máy nhắn tin rung lên để hướng dẫn thay đổi dáng đi. Các đối tượng nhanh chóng học được các kiểu dáng đi áp lực ở giữa bàn chân, giúp giảm đáng kể tải trọng ở đầu gối. Trong các nghiên cứu khác, các xung rung ở mặt bên của cẳng chân ngay dưới đầu gối đã được sử dụng để huấn luyện những người bị thoái hóa khớp gối xoay các ngón chân vào bên trong 5–7 độ, dẫn đến giảm tải đầu gối và giảm đau đầu gối theo thời gian [ 138 , 139 ].

Việc đào tạo đồng thời nhiều thông số động học [ 13 ] đưa ra những thách thức về nhận thức và vận động liên quan đến việc tiếp nhận và phản hồi nhiều kênh thông tin đồng thời. Lurie và cộng sự. [ 140 ] các đối tượng được đào tạo để đi bộ với các kiểu dáng đi mới liên quan đến những thay đổi động học đối với sự lắc lư của thân, góc xương chày và góc tiến của bàn chân bằng cách đưa ra tín hiệu phản hồi sửa lỗi trên tất cả các thông số cùng một lúc hoặc một thông số tại một thời điểm. Độ chính xác của nhận thức thấp hơn khi cả ba rung động được thể hiện đồng thời trên ba bước liên tiếp so với một rung động riêng biệt trên mỗi bước trong số ba bước. Hiệu suất của đối tượng là như nhau đối với tất cả phản hồi xúc giác đồng thời và một tham số phản hồi tại một thời điểm mặc dù thực tế là có ít thông tin phản hồi được truyền đi hơn trong kịch bản một phản hồi cho mỗi bước. Trong một nghiên cứu khác, Jirattigalachote et al. [ 141 ] cho thấy rằng khi trình bày đồng thời nhiều kênh phản hồi xúc giác ở các vị trí da riêng biệt, các đối tượng cảm nhận chính xác hơn các kích thích xúc giác khác nhau (ví dụ: kích hoạt cơ quan cảm nhận cơ học thích ứng nhanh tại một địa điểm và kích hoạt cơ quan cảm nhận cơ học thích ứng chậm ở vị trí khác) so với các kích thích xúc giác tương tự khi đứng, đi bộ và chạy bộ.

Mặc dù các thiết bị đeo xúc giác thường tập trung vào việc điều trị các vấn đề hiện có, nhưng việc chuyển trọng tâm sang y học phòng ngừa có thể mang lại chiều sâu và tác động lớn hơn trong các ứng dụng lâm sàng. Viêm xương khớp đầu gối là một ứng dụng trong đó phản hồi xúc giác đã được sử dụng để huấn luyện lại cử động dáng đi nhằm giảm tải trọng cho đầu gối có khả năng ngăn ngừa sự phát triển của bệnh viêm xương khớp trong tương lai. Các ứng dụng khác trong tương lai của haptics có thể đeo với tư cách là huấn luyện viên có thể bao gồm việc điều chỉnh tư thế ngồi để ngăn ngừa chấn thương lưng và cổ hoặc điều chỉnh các động tác thể thao để ngăn ngừa rách dây chằng hoặc gãy xương.

Kết luận

Đối với những bệnh nhân bị suy giảm cảm giác hoàn toàn, thiết bị đeo xúc giác có thể truyền thông tin còn thiếu liên quan đến thao tác, đi lại hoặc nói để hoàn thiện vòng điều khiển cảm biến vận động bị hỏng. Các rối loạn vận động đua xe liên quan đến suy giảm cảm giác một phần đã được giải quyết bằng các thiết bị đeo xúc giác truyền tín hiệu hành vi, chẳng hạn như hướng dẫn tư thế và dáng đi dựa trên tín hiệu lỗi động học trong các nhiệm vụ phục hồi chức năng cụ thể. Cách tiếp cận tương tự này có thể được sử dụng cho những người không bị suy giảm cảm giác để hướng dẫn những thay đổi trong vận động nhằm cải thiện hiệu suất hoặc ngăn ngừa chấn thương hoặc bệnh tật. Ngoài các đề xuất cụ thể cho công việc trong tương lai được trình bày trong từng phần riêng lẻ trước đó trong nội dung của bài viết này, chúng tôi đã xác định các nguyên tắc thiết kế chung sau đây, dựa trên các nghiên cứu đã được xem xét, là quan trọng để phát triển hệ thống xúc giác có thể đeo trong tương lai cho người suy giảm cảm giác:

Từ nhu cầu luyện tập. Sự phát triển thiết thực và hiệu quả của thiết bị đeo xúc giác phải tuân theo việc xác định nghiêm ngặt các yêu cầu lâm sàng của tình trạng mục tiêu. Các thiết bị đeo xúc giác phải được phát triển hợp tác và toàn diện bằng cách thu hút sự tham gia của các bác sĩ lâm sàng, bệnh nhân, nhà khoa học và kỹ sư, sao cho các thiết bị này là sản phẩm của các quan sát lâm sàng, đánh giá và phản hồi trực tiếp của người dùng cuối, kiến ​​thức khoa học tích hợp và cập nhật và công nghệ thiết bị đeo [ 24 , 25 , 28 ].

Tuân thủ điện sinh học/cơ sinh học. Mặc dù nhiều hệ thống khác nhau đã được khám phá để chứng minh tính năng lập bản đồ xúc giác thành công, nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm để phát triển các cơ chế mang lại hiệu quả lâu dài và khả năng đeo, đặc biệt chú ý tuân thủ chuyển động học của người dùng, tránh đau đớn và mệt mỏi cho người dùng, [ 142 ]. Giảm trọng lượng của bộ phận giả được coi là mối quan tâm thiết kế ưu tiên cao nhất của người sử dụng bộ phận giả [ 25 ]. Bộ truyền động mềm thu nhỏ [ 143 – 145 ] có thể đảm bảo các thiết bị xúc giác nhẹ không cản trở chuyển động tự nhiên của cơ thể con người nơi chúng được gắn vào.

Biểu diễn xúc giác đa phương thức trực quan. Việc thể hiện xúc giác của thông tin được truyền đi phải trực quan và dễ sử dụng [ 146 ]. Tùy thuộc vào tình trạng suy giảm cảm giác, tín hiệu xúc giác có thể hiển thị thông tin cơ học (ví dụ: lực hoặc góc) hoặc tín hiệu hướng dẫn (ví dụ: thay đổi chuyển động mong muốn) được mã hóa theo cường độ, tần số hoặc vị trí tín hiệu trên da. Việc theo đuổi này trở nên khó khăn hơn khi phản hồi đa phương thức được tích hợp. Mặc dù hầu hết các nghiên cứu chỉ tập trung vào một phương thức duy nhất, nhưng việc tích hợp nhiều phương thức xúc giác là cần thiết để bù đắp toàn diện cho cảm giác bị thiếu, ví dụ, phản hồi lực và trượt để thao tác với chi trên, cũng như phản hồi vị trí chi và áp lực phẳng để phục hồi chức năng đi bộ.

Nhu cầu năng lượng thấp. Thiết bị đeo lâu dài dựa vào khả năng truyền động và cảm biến bền vững. Các nguồn năng lượng mới và quản lý năng lượng nên được xem xét trong thiết kế thiết bị xúc giác [ 147 , 148 ]. Ví dụ, việc lựa chọn cẩn thận các nguồn điện có tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao và các thuật toán tính toán tích hợp để giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng có thể giúp đáp ứng những nhu cầu này cho các nhiệm vụ đòi hỏi phải đào tạo người dùng rộng rãi và sử dụng lâu dài.

Sử dụng lâu dài. Hầu hết các thiết bị đeo xúc giác hiện đang được thử nghiệm trong các nhiệm vụ ngắn hạn trong điều kiện phòng thí nghiệm. Thử nghiệm dài hạn là rất quan trọng để phát triển và đánh giá các thiết bị xúc giác bền vững. Việc theo đuổi này có thể ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế thiết bị đeo cũng như việc triển khai các sơ đồ phản hồi và thuật toán điều khiển thích ứng để duy trì hiệu suất của người dùng theo thời gian.

Một câu hỏi dai dẳng được đặt ra nhiều lần là liệu thiết bị đeo xúc giác có phù hợp nhất dưới dạng thiết bị tạm thời hay vĩnh viễn không? Các thiết bị tạm thời có thể được sử dụng để huấn luyện các chuyển động mới mà cuối cùng sẽ được nội hóa. Ngược lại, các thiết bị phản hồi vĩnh viễn sẽ được sử dụng vô thời hạn giống như một bộ phận giả [ 109 ]. Horak và cộng sự. [ 119 ] cho thấy rằng việc học về độ ổn định của dáng đi từ phản hồi sinh học không được giữ lại khi loại bỏ phản hồi sinh học cho nhiệm vụ dáng đi song song, và Dozza et al. [ 19 ] cho thấy rằng một buổi thực hành có phản hồi không mang lại hậu quả lâu dài, cả hai đều cho thấy nhu cầu đào tạo dài hạn hoặc sử dụng lâu dài. Thời gian sử dụng thiết bị đeo xúc giác có thể phụ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của tình trạng suy giảm cảm giác và khả năng học vận động bền vững, lâu dài ở các nhóm đối tượng mục tiêu. Cuối cùng, mục tiêu cơ bản của thiết bị đeo xúc giác là hỗ trợ suy giảm cảm giác một cách kín đáo, bất kể mức độ nghiêm trọng của tình trạng người dùng hoặc thời gian điều trị [ 149 , 150 ].

Các thiết bị đeo xúc giác trong tương lai có thể kết hợp các biện pháp về tinh thần, sinh lý và hành vi (Hình  7 ) để theo dõi sức khỏe và điều chỉnh chức năng của thiết bị một cách thích hợp. Các thiết bị đeo xúc giác tích hợp có thể kết hợp cảm biến hiệu suất hành vi của người dùng (ví dụ: tác vụ thao tác), trạng thái sinh lý (ví dụ: nhịp tim và cảm biến phản ứng điện da [ 151 ]) và trạng thái nhận thức (ví dụ: bảng câu hỏi đánh giá khả năng nhận thức) với thiết bị điện toán di động, chẳng hạn như như một chiếc điện thoại thông minh.