Collaborative Research: Assistive Robotics and Functional Electrical Stimulation: A Synergistic Combination to Reanimate Paralyzed Arms

合作研究:辅助机器人和功能性电刺激:使瘫痪手臂复活的协同组合

基本信息

  • 批准号:
    2025130
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-04-15 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

People who are paralyzed from the shoulders down rely on 24-hour care to complete basic daily activities. Restoring arm and hand function would greatly increase their independence. Assistive robotics and functional electrical stimulation can potentially restore arm and hand function, but each has significant drawbacks. The objective of this project is to develop a cooperative control strategy for functional elbow and wrist movements in people with high cervical spinal cord injuries using functional electrical stimulation and a robotic exoskeleton. The results of the project will help move functional electrical stimulation and upper limb robotics from laboratory assistive technologies to wearable devices used for everyday tasks by people with full-arm paralysis. The complementary strengths of functional electrical stimulation (FES) and assistive robotics can potentially enable people with high tetraplegia to independently feed and groom themselves. FES provides free power using a person’s own muscles but cannot sufficiently control all joints simultaneously due to permanent denervation of some muscles. Assistive robots can provide additional power and control, but can be rigid, bulky, and heavy. This project's objective is to develop a cooperative control strategy that demonstrates functional elbow and wrist movements in people with high tetraplegia using a hybrid FES+rigid support robot. By maximizing the utility of muscles activated by FES, the proposed hybrid strategy will reduce the need for robot power and size, paving the way for using FES with soft wearable robotics. This project will use a rigid robot as the testbed for developing cooperative control strategies, allowing for exploration of the entire design space for future development of soft wearable exosuits coupled with FES. FES+robot assisted muscle-induced torques will be measured in real time during elbow and wrist movements. This information will feed into a coordinated FES+robot control scheme that aims to decrease robot work while maintaining tracking accuracy. Performance and robustness of the control scheme will be benchmarked for varying robot capabilities during a self-feeding task. The outcome will be a model, mapping robot capabilities to task completion success, to be used to design future wearable hybrid FES-robotic systems for upper limb movement restoration. These advances will open up new research horizons in commanding and controlling hybrid neuroprostheses that could not otherwise be achieved.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
肩膀以下瘫痪的人依靠 24 小时护理来完成基本的日常活动,这将大大提高他们的独立性。辅助机器人和功能性电刺激有可能恢复手臂和手的功能,但两者都有明显的步履蹒跚。该项目的目标是使用功能性电刺激和机器人外骨骼为高位颈髓损伤患者开发一种功能性肘部和腕部运动的协作控制策略。该项目的结果将有助于移动功能性电刺激和上肢机器人。来自实验室全臂瘫痪患者用于日常任务的可穿戴设备的辅助技术 功能性电刺激 (FES) 和辅助机器人的优势互补,有可能使高度四肢瘫痪的患者能够使用 FES 提供免费电力来独立进食和梳洗。辅助机器人可以提供额外的动力和控制,但可能会变得僵硬、笨重且笨重。使用混合 FES + 刚性支撑机器人演示高度四肢瘫痪患者的功能性肘部和腕部运动 通过最大限度地利用 FES 激活的肌肉,所提出的混合策略将减少对机器人功率和尺寸的需求,为使用 FES 铺平道路。该项目将使用刚性机器人作为开发协作控制策略的测试平台,从而探索未来开发与 FES+机器人辅助肌肉诱导扭矩相结合的软可穿戴外装的整个设计空间。将在肘部和手腕运动期间实时测量该信息,该信息将输入协调的 FES+机器人控制方案,旨在减少机器人工作,同时保持跟踪精度。控制方案的性能和稳健性将针对不同的机器人功能进行基准测试。其成果将是一个模型,将机器人的能力与任务成功完成相对应,用于设计未来用于上肢运动恢复的可穿戴混合 FES 机器人系统。这些进步将为指挥和恢复领域开辟新的研究视野。控制混合动力该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multi Degree of Freedom Hybrid FES and Robotic Control of the Upper Limb
多自由度混合FES和上肢机器人控制
Design, Characterization, and Dynamic Simulation of the MAHI Open Exoskeleton Upper Limb Robot
  • DOI:
    10.1109/tmech.2022.3175507
  • 发表时间:
    2022-06-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Dunkelberger, Nathan;Berning, Jeffrey;Omalley, Marcia K.
  • 通讯作者:
    Omalley, Marcia K.
Shared Control of Elbow Movements with Functional Electrical Stimulation and Exoskeleton Assistance
通过功能性电刺激和外骨骼辅助共享肘部运动控制
  • DOI:
    10.1109/icorr55369.2022.9896570
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dunkelberger, Nathan;Carlson, Skye A.;Berning, Jeffrey;Stovicek, Kyra C.;Schearer, Eric M.;O'Malley, Marcia K.
  • 通讯作者:
    O'Malley, Marcia K.
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Marcia O'Malley其他文献

Marcia O'Malley的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Marcia O'Malley', 18)}}的其他基金

REU site: Research at the interface between engineering and medicine (ENGMED)
REU 网站:工程与医学之间的交叉研究 (ENGMED)
  • 批准号:
    2349731
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Real-Time Haptic Performance Feedback for Model-Based Surgical Skill Training
用于基于模型的手术技能训练的实时触觉性能反馈
  • 批准号:
    2049063
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI: FND: COLLAB: Intuitive, Wearable Haptic Devices for Communication with Ubiquitous Robots
NRI:FND:COLLAB:用于与无处不在的机器人通信的直观、可穿戴触觉设备
  • 批准号:
    1830146
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI: Guiding with Touch: Haptic Cueing of Surgical Techniques on Virtual and Robotic Platforms
NRI:触摸引导:虚拟和机器人平台上手术技术的触觉提示
  • 批准号:
    1638073
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Doctoral Consortium at the 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2016)
2016 年 IEEE/RSJ 智能机器人与系统国际会议 (IROS 2016) 博士联盟
  • 批准号:
    1649302
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-CPS-Medium: Collaborative Research: Design and development of a cybernetic exoskeleton for hand-wrist rehabilitation through the integration of human passive properties
NSF-CPS-Medium:合作研究:通过整合人类被动特性,设计和开发用于手腕康复的控制论外骨骼
  • 批准号:
    1135916
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
HCC: Medium: Collaborative Research: Improved Control and Sensory Feedback for Neuroprosthetics
HCC:中:合作研究:改进神经假体的控制和感觉反馈
  • 批准号:
    1065497
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
RI-Small: Cognitive Modeling of Human Motor Skill Acquisition
RI-Small:人类运动技能习得的认知建模
  • 批准号:
    0812569
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Shared Control for Skill Transfer in Human-Robot Haptic Interactions
职业:人机触觉交互中技能转移的共享控制
  • 批准号:
    0448341
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Hands-on Haptics: Critical Infrastructure for Mechanical Engineering Curriculum Enhancement
动手触觉:机械工程课程增强的关键基础设施
  • 批准号:
    0411235
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

离子型稀土渗流-应力-化学耦合作用机理与溶浸开采优化研究
  • 批准号:
    52364012
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
亲环蛋白调控作物与蚜虫互作分子机制的研究
  • 批准号:
    32301770
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于金属-多酚网络衍生多相吸波体的界面调控及电磁响应机制研究
  • 批准号:
    52302362
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
职场网络闲逛行为的作用结果及其反馈效应——基于行为者和观察者视角的整合研究
  • 批准号:
    72302108
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
EIF6负调控Dicer活性促进EV71复制的分子机制研究
  • 批准号:
    32300133
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Canadian Peripheral Nerve Research Collaborative - National Research Symposium
加拿大周围神经研究合作组织 - 国家研究研讨会
  • 批准号:
    480818
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Miscellaneous Programs
FW-HTF-RM: Collaborative Research: Assistive Intelligence for Cooperative Robot and Inspector Survey of Infrastructure Systems (AI-CRISIS)
FW-HTF-RM:协作研究:协作机器人辅助智能和基础设施系统检查员调查 (AI-CRISIS)
  • 批准号:
    2337277
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FW-HTF-P: Assistive Artificial Intelligence for Diversifying and Reskilling the Disaster Management Workforce of the Future
合作研究:FW-HTF-P:用于未来灾害管理劳动力多样化和再培训的辅助人工智能
  • 批准号:
    2406786
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: DARE: A Personalized Assistive Robotic System that assesses Cognitive Fatigue in Persons with Paralysis
合作研究:DARE:一种评估瘫痪者认知疲劳的个性化辅助机器人系统
  • 批准号:
    2226164
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FW-HTF-P: Assistive Artificial Intelligence for Diversifying and Reskilling the Disaster Management Workforce of the Future
合作研究:FW-HTF-P:用于未来灾害管理劳动力多样化和再培训的辅助人工智能
  • 批准号:
    2222092
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了