Väitös bioelektroniikan ja laitetekniikan alalta, DI Dennis Yeung

Väitöskirjan nimi: Algorithms for robust human-machine interfacing via surface electromyography (Algoritmeja vakaisiin ihmisen ja koneen rajapintoihin pinta-elektromyografialla)

Tohtoriopiskelija: Dennis Yeung
Vastaväittäjä: Prof. Cristiano De Marchis, University of Messina, Italia
Kustos: Prof. Ivan Vujaklija, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, sähkötekniikan ja automaation laitos

Pinta-elektromyografia (sEMG) mittaa lihasten supistumiseen liittyviä sähköisiä signaaleja. Tätä teknologiaa käytetään laajalti ihmisen motoristen toimintojen ja niiden häiriöiden sekä voiman tuoton tutkimukseen. Ihmisen ja koneen rajapinnoissa sEMG:tä on hyödynnetty ensisijaisesti robottiproteesien sekä ulkoisten tukirankojen ohjauksessa, ja viime aikoina sovelluskohteeksi on noussut myös eleentunnistus puettavassa kulutuselektroniikassa. Toistaiseksi suurin syy näiden rajapintojen puutteelliseen suorituskykyyn on ollut mitattavan signaalin muuttuminen osana päivittäisiä aktiviteetteja. Tämä väitöskirja tutkii algoritmeja, jotka on suunniteltu voittamaan nämä haasteet. 

Tässä väitöskirjassa esitellään regressiopohjaisten algoritmien laajennuksia, jotka helpottavat jatkuvaa ohjausta useiden vapausasteiden välillä: Suunnattua unohtamisjärjestelmää hyödyntäen malliparametreihin voidaan soveltaa rekursiivisia pienimmän neliösumman päivityksiä, ja ohjausmalleja laajentaa adaptiivisesti ei-negatiiviseen matriisifaktorointiin perustuen. Näitä menetelmiä validoitiin reaaliaikaisilla virtuaalisilla ohjaustehtävillä sekä standardoiduilla kliinisillä kokeilla, joihin osallistui sekä fyysisesti toimintarajoiteettomia että -rajoitettuja henkilöitä.

Lisäksi väitöskirjatyö antaa panoksensa motoristen yksiköiden piikkijaksojen erotteluun tiheästä sEMG signaalista sokean signaalierottelun menetelmin. Moottoriyksiköiden laukaisuajat edustavat lihasten voimantuoton yksityiskohtaisinta koodausta, ja tällaisen tiedon saatavuus voi mahdollistaa intuitiivisemmat ja sujuvammat rajapinnat. Tämä työ kuvaa menetelmiä, joilla hajotettua moottoriyksiköiden toimintaa voidaan integroida tehokkaisiin rajapintoihin, sekä tapoja hajotelmaparametrien mukauttamiseen ja vastaaviin kokeellisiin validointeihin. Näillä kontribuutioilla väitöskirjatyö pyrkii edistämään vakaiden ja toimivien sEMG-ohjattujen ihmisen ja koneen rajapintojen kehittämistä.

Avainsanat: algoritmit, elektromyografi, ihmisen ja koneen rajapinnat

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

 Yhteystiedot:

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53