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SOUND - Ruolo del feedback multimodale nell'esecuzione di task motori robot-assistiti

tipo: Ateneo
periodo: 2010-2012
responsabile: prof. Giulio Rosati

descrizione: La robotica interagente con l’uomo rappresenta uno dei più recenti sviluppi dei settori della robotica e del controllo dei sistemi meccanici, nonché una delle maggiori sfide future in ambito sia civile sia industriale. L’interazione uomo-macchina, infatti, consente da un lato di ottimizzare la gestione degli strumenti robotici da parte dell’operatore (sistemi di teleoperazione, interfacce aptiche), aprendo la strada all’utilizzo di tali sistemi in settori particolarmente critici (missioni spaziali, costruzioni offshore, chirurgia, ecc.), nei quali la complessità del task richiede la presenza dell’uomo nella catena di controllo. Dall’altro lato, la creazione di sistemi robotici in grado di interagire direttamente con l’uomo consente di sfruttare le enormi potenzialità della tecnologia anche in ambiti estremamente delicati quali la terapia riabilitativa in ambito motorio, offrendo non solo agli utenti-pazienti nuove opportunità di recupero legate alla specificità dei nuovi protocolli terapeutici, ma anche al personale medico strumenti di quantificazione e standardizzazione dell’outcome assolutamente innovativi. Il presente progetto si propone di studiare il ruolo del feedback multimodale nella interazione uomo robot, e in particolare di individuare l’influenza dei diversi tipi di feedback (principalmente: visivo, di forza, acustico) nell’esecuzione da parte dell’operatore di task motori robotassistiti. La comprensione di questi meccanismi risulta fondamentale per porre le basi per la progettazione di una nuova generazione di sistemi robotici interagenti con l’uomo, in grado di ottimizzare il risultato richiesto (ad esempio, il contributo motorio di un paziente nel corso di un esercizio riabilitativo) mediante opportuno dosaggio delle diverse modalità di interazione tra il sistema robotico e l’uomo. Il principio fondamentale che sta alla base della ricerca è quello secondo il quale l’essere umano effettua il controllo motorio sulla base degli stimoli ricevuti dall’ambiente esterno, grazie ai quali esso è in grado, confrontando gli stimoli ricevuti con quelli attesi, di correggere il modello interno dell’ambiente ed il comando motorio per raggiungere il task prefissato. In altre parole, il sistema robotico viene visto come un generatore di stimoli la cui corretta combinazione può indurre l’operatore a comprendere ed eseguire più rapidamente il task motorio assegnato. La ricerca sarà finalizzata allo sviluppo ed alla realizzazione di sistemi robotici innovativi aumentati con feedback multimodale, e partirà da solide basi rappresentate dalle interfacce multimodali e dai sistemi robotici già sviluppati dai componenti il gruppo di ricerca. Successivamente si procederà alla definizione ed alla effettuazione di una serie di test con soggetti sperimentali, finalizzati a studiare il ruolo e l'efficacia del feedback multimodale in specifici task. Più precisamente, lo scopo degli esperimenti sarà quello di creare e validare un modello dell’interazione uomo-robot tramite il quale il contributo dell’operatore all’esecuzione del task motorio sia messo in relazione agli stimoli principali che il sistema robotico è in grado di somministrare (feedback di forza, acustico e visivo). Il risultato della presente ricerca avrà un impatto notevole non solo nell’ambito della robotica riabilitativa, che rappresenta il settore prevalente di ricerca del proponente, ma anche nella progettazione e realizzazione di nuovi sistemi di teleoperazione e/o di simulazione, nei quali il sistema robotico deve fornire all’operatore una guida virtuale per consentirgli di eseguire/apprendere il task rapidamente ed in sicurezza.


partner:
University of California at Irvine, DII


Attività

Utilizzo del feedback sonoro nella robotica riabilitativa

Pubblicazioni

D. Zanotto, G. Rosati, S. Spagnol, P. Stegall, and S. K. Agrawal
Effects of complementary auditory feedback in robot-assisted lower extremity motor adaptation
IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 21(5):775-786, 2013

G. Rosati, A. Rodà, F. Avanzini, and S. Masiero
On the role of auditory feedback in robot-assisted movement training after stroke: Review of the literature
Computational Intelligence and Neuroscience, 2013(586138):1-15, 2013

F. Oscari, R. Secoli, F. Avanzini, G. Rosati, and D. J. Reinkensmeyer
Substituting auditory for visual feedback to adapt to altered dynamic and kinematic environments during reaching
Experimental Brain Research, 221(1):33-41, 2012

S. Spagnol, M. Geronazzo, F. Avanzini, F. Oscari, and G. Rosati
Employing spatial sonification of target motion in tracking exercises
In Proceedings of the 9th Sound and Music Computing Conference SMC 2012, Copenhagen, DK, July 11-14 2012

D. Zanotto, G. Rosati, F. Avanzini, P. Stegall, and S. K. Agrawal
Robot-assisted gait training with complementary auditory feedback: results on short-term motor adaptation
In Proc. of the 4th IEEE RAS/EMBS Int. Conf. on Biomedical Robotics and Biomechatronics BIOROB 2012, pages 1388-1393, Roma, Italy, June 24-27 2012

G. Rosati, F. Oscari, S. Spagnol, F. Avanzini, and S. Masiero
Effect of task-related continuous auditory feedback during learning of tracking motion exercises
Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 9(79), 2012

G. Rosati, F. Oscari, D. J. Reinkensmeyer, R. Secoli, F. Avanzini, S. Spagnol, and S. Masiero
Improving robotics for neurorehabilitation: enhancing engagement, performance, and learning with auditory feedback
In Proceedings of the IEEE 12th International Conference on Rehabilitation Robotics ICORR2011, pages 341–346, Zurich, CH, June 29-July 1 2011

R. Secoli, M.-H. Milot, G. Rosati, and D. J. Reinkensmeyer
Effect of visual distraction and auditory feedback on patient effort during robot-assisted movement training after stroke
Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 8(21), 2011

R. Secoli, G. Rosati, and D. J. Reinkensmeyer
Using sound feedback to counteract visual distractor during robot-assisted movement training
In Proceedings of the IEEE 8th International Workshop on Haptic Audio-Visual Environments and Games HAVE2009, Lecco, Italy, November 7-8 2009

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