Pesquisadores das universidades Johns Hopkins e Drexel dizem que adicionar ala§as - uma sensação artificial de toque - a s pra³teses de membros superiores reduz o esfora§o mental necessa¡rio para operar o dispositivo, aproximando-nos do desenvolvimento de tecnologia protanãtica que funciona mais como membros sauda¡veis.

No que os pesquisadores estãochamando de o primeiro estudo desse tipo, a equipe interinstitucional usou neuroimagem para investigar se o feedback ta¡til ajudaria as pessoas que usam pra³teses de ma£os a despender menos esfora§o mental durante a realização de tarefas. As descobertas da equipe foram publicadas hoje no IEEE Transactions on Human Machine Systems .

"Estudos mostraram que adicionar dispositivos ta¡teis a dispositivos protanãticos trazem benefa­cios, pois as informações sensoriais ajudam o usua¡rio a executar melhor as tarefas", diz o autor saªnior Jeremy D. Brown, professor assistente de engenharia meca¢nica na Escola de Engenharia Whiting da Universidade Johns Hopkins. "Mas o que não ficou claro écomo o feedback ta¡til afeta os processos cognitivos. Nosso estudo fornece fortes evidaªncias de que o feedback ta¡til ébenanãfico tanto do ponto de vista cognitivo quanto do desempenho da tarefa."

Membros protanãticos podem melhorar a qualidade de vida de muitos amputados, mas alguns também relatam que usa¡-los para realizar tarefas dia¡rias pode ser desafiador. As pra³teses produzidas comercialmente oferecem ao usua¡rio um feedback sensorial limitado ou nenhum; em vez disso, os usuários confiam muito no feedback visual - observando cuidadosamente seu pra³prio dispositivo a  medida que o movem - para controlar seus movimentos com precisão.

Ter que monitorar constantemente seu membro protanãtico durante o uso émentalmente fatigante para alguns usuários, fazendo com que alguns abandonem totalmente o dispositivo. Mesmo assim, relativamente poucos estudos foram realizados para avaliar a demanda mental imposta aos indivíduos ao usarem pra³teses.

Neste estudo, os participantes foram solicitados a usar uma pra³tese para apertar três blocos que pareciam idaªnticos, mas na verdade tinham vários graus de rigidez, e para identificar o mais ra­gido. Eles realizaram a tarefa com a ma£o sa£, com uma pra³tese padrãoe com uma pra³tese que fornecia feedback da força de preensão por meio de vibrações.

Durante cada tarefa, os pesquisadores mediram o esfora§o mental de cada participante por meio de uma técnica de neuroimagem chamada espectroscopia de infravermelho pra³ximo funcional, fNIRS, que monitorava diretamente sua atividade cerebral. Com o fNIRS, os participantes usam um capacete porta¡til que mede a natureza varia¡vel no tempo do esfora§o mental por meio demudanças nos na­veis de oxigenação do sangue no cortex pré-frontal, a parte do cérebro envolvida na tomada de decisaµes, planejamento e outros comportamentos; quanto mais exigente cognitivamente uma tarefa, mais oxigaªnio ébombeado em direção ao cortex pré-frontal.

"A neuroimagem ma³vel baseada em FNIRS permite a medição conta­nua da função cerebral em configurações cada vez mais realistas e, portanto, permite estudar a cognição natural com aplicações prática s para a vida cotidiana", disse Hasan Ayaz , co-autor saªnior do estudo, e professor associado e bolsista da Provost Solutions na Escola de Engenharia Biomédica, Ciências e Sistemas de Saúde da Universidade Drexel. "Este estudo também éuma demonstração do campo interdisciplinar emergente da neuroergonomia, que se beneficia dos avanços na neuroimagem ma³vel e pode ajudar a informar o projeto de ferramentas, tecnologia e ambientes de trabalho, incluindo pra³teses."

Ao comparar a carga cognitiva entre as condições, a equipe descobriu que os participantes que usaram suas ma£os sauda¡veis ​​tiveram o melhor desempenho com o ma­nimo de esfora§o mental. Os pesquisadores dizem que isso era esperado, considerando que a ma£o humana estãoequipada com cerca de 17 mil receptores sensoriais. Mas ao usar a pra³tese com feedback ta¡til integrado, os participantes realizaram a tarefa melhor e registraram uma carga cognitiva mais baixa do que os participantes que usaram uma pra³tese padra£o.

Os pesquisadores dizem que os resultados demonstram o valor potencial do feedback sensorial ha¡ptico em pra³teses, especialmente se estudos futuros confirmarem que minimizar a carga cognitiva ira¡ maximizar a usabilidade de dispositivos protanãticos. Brown diz que o trabalho futuro de seu grupo se concentrara¡ na aplicação desse manãtodo a tarefas mais complexas e na validação dessas descobertas com amputados de membros superiores. Ele acredita que mais informações sobre feedback ta¡til e carga cognitiva ira£o beneficiar o campo maior das interações entre humanos e robôs, além de apenas dispositivos protanãticos.

A equipe considera o estudo uma verdadeira revelação sobre o quanto bom éo "padrãoouro" para a pesquisa de pra³teses - neste caso, a ma£o natural.

Os participantes eram quase perfeitos com seus membros naturais. De muitas maneiras, isso nos mostra que a sensação ao toque traz benefa­cios claros para as pra³teses, mas ainda temos um longo caminho a percorrer se quisermos realmente replicar a forma e a função do que podemos fazer com nossos membros naturais ", disse Neha Thomas, autor principal do artigo e estudante de graduação em engenharia biomédica.

Outros colaboradores do laboratório de Brown incluem Garrett Ung, um aluno de mestrado em roba³tica e um ex-aluno recente do programa de graduação em engenharia meca¢nica.