Bimanuelle Kontrolle der Impedanz in Greifbewegungen und Objektmanipulation

• Antragsteller: Professor Dr. David Franklin
• Fachliche Zuordnung: Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521011355

Tägliche Aufgaben wie das Benutzen von Besteck, Zuknöpfen eines Hemdes oder Kochen einer Mahlzeit erfordern eine präzise Koordination zwischen beiden Händen. Menschen, die ihre Hände durch neurodegenerative Krankheiten schlecht koordinieren können, sind folglich in ihrem Alltag stark beeinträchtig. Durch die Komplexität beidhändiger Interaktion ist es zudem bisher kaum möglich, diese durch Roboter zu kompensieren. Interaktionen mit unserer Umwelt und Objekten erfordern eine Kraft- bzw. Impedanzkontrolle (Regulierung der Steifigkeit), um Stabilität zu gewährleisten. In unserer bisherigen Forschungstätigkeit haben wir diese Stabilisierung durch Messung der Impedanzkontrolle bei einhändigen Aufgaben untersucht. Darin zeigen wir, wie Menschen ihre motorischen Befehle anpassen, um instabilen und unvorhersehbaren Umgebungen entgegenzuwirken. Allerdings wurde bisher kaum untersucht, wie das sensomotorische System Impedanzkontrolle in der beidhändigen Koordination umsetzt. Diese Wissenslücke wollen wir schließen, indem wir die bimanuelle Impedanzkontrolle in drei unterschiedlichen Situationen untersuchen: bei statischen Halteaufgaben, bei Greifbewegungen sowie bei Objektmanipulationen. Zunächst manipulieren wir die Haltungskontrolle in einer instabilen Umgebung und erfassen die Änderungen in der Impedanzkontrolle. Ziel dieses Experiments ist es, zu untersuchen, inwieweit die beiden Arme ihre Aktionen teilen und untereinander koordinieren, um Stabilität zu gewährleisten. Im nächsten Schritt testen wir, wie Individuen ihre Impedanzkontrolle in einer beidhändigen Greifbewegung an eine instabile Umgebung anpassen, generalisieren und auf neue Kontexte transferieren. In der zweiten Studie identifizieren wir Charakteristika, die Bewegungslernen induzieren, und untersuchen, ob dieses auf neue Kontexte übertragen werden kann. Abschließend werden wir die Erkenntnisse aus den vorherigen Forschungsfragen zusammenführen und Impedanzkontrolle in der beidhändigen, asynchronen Objektmanipulation in einer dreidimensionalen Umwelt untersuchen, die sowohl statische Stabilisierung als auch dynamische Bewegung umfasst. Hier erforschen wir den Einfluss von Genauigkeitsanforderungen und Händigkeit auf Strategien der Impedanzkontrolle und deren zeitliche Veränderung im Verlauf der Bewegung. Dieses Projekt ermöglicht es uns, ein umfassendes Modell der Impedanzkontrolle im beidhändigen Kontext zu erstellen und die aktuelle Erkenntnislücke zwischen bimanueller motorischer Kontrolle und Impedanzkontrolle als natürliche Kontrollstrategie des sensomotorischen Systems zu schließen. Unser grundlagenorientierter Forschungsansatz verspricht Einblicke in neuronale Prozesse zur Stabilisierung von Interaktionen mit Objekten und der Umwelt. Dies verspricht perspektivisch eine Verbesserung neurodegenerativer Rehabilitationsmaßnahmen, der Regelung von Robotern und Prothesen sowie der Mensch-Roboter-Interaktion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: 2 x Phantom 1.5 High Force Robots and Structure