Myo Action：通过肌电图和肌肉刺激加速自主动作

文献标题

Myo Action: Accelerating Voluntary Actions via Electromyography and Muscle Stimulation

出版信息

• 主题领域: 人机交互与用于反应时间加速的触觉辅助技术。
• 关键词: 肌电图（EMG）、电肌肉刺激（EMS）、反应时间加速、代理感、触觉辅助、基于决策的动作、用户意图、人机交互、运动控制、可穿戴设备。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有基于EMS的反应时间加速系统通常会覆盖用户意图，导致代理感丧失。这些系统还需要广泛的时间校准，并在涉及决策的任务中（如go/no-go试验）表现不佳。
• 重要性: 反应时间加速在体育、游戏、安全和训练中具有重要应用。实现加速的同时保持用户代理感对于可用性、伦理和用户接受度至关重要。
• 动机与相关工作: 之前的EMS系统依赖于预先刺激，这削弱了代理感，尤其是在基于决策的任务中。尽管EMG已被用于运动检测，但尚无系统成功结合EMG和EMS在保持代理感的同时加速反应时间。

解决方案

• 提出的方法: Myo-Action系统利用EMG检测肌肉激活的起始，并触发EMS以加速自主运动，同时保持用户的代理感。
• 创新点:
  1. 结合EMG和EMS实现反应时间加速，同时不覆盖用户意图。
  2. 以超低延迟（约290 μs）运行，确保及时干预。
  3. 在基于决策的任务中（如go/no-go试验）表现出代理感的保持。
  4. 消除了对刺激时间预校准的需求。
• 流程与关键技术:
  • EMG检测目标肌肉在运动发生前的早期神经激活。
  • EMS诱导比自主控制更快的肌肉收缩。
  • 低延迟硬件系统在约290 μs内处理EMG信号并触发EMS。
  • 系统包括模拟滤波、光学切换和自适应信号处理，确保可靠且精确的操作。

结果

• 具体发现:
  1. Myo-Action将反应时间减少了约23毫秒，相较于自主动作（p < 0.0001，Cohen’s d = 0.85）。
  2. 在基于决策的任务中保持代理感，go试验的代理感评分显著更高（5.3 vs. 3.5），no-go试验亦然（6.1 vs. 1.5），相比基线EMS。
  3. EMG触发EMS的检测准确率高（F1 = 0.95）。
• 相较基线的优势:
  • 无需预校准即可实现反应时间加速，与基线EMS系统不同。
  • 在基于决策的任务中显著更高的代理感保持，相较于预先刺激的EMS。
• 实验/评估:
  • 参与者: 12名个体（7男，4女，1非二元性别；平均年龄=23.9岁）。
  • 任务: 无决策反应时间任务、基于决策的反应时间任务（go/no-go），以及探索性应用（抓笔和电子游戏）。
  • 指标: 反应时间、代理感评分（7点Likert量表）和检测准确率。
• 局限性与未来工作:
  • 当前实现仅支持单一肌肉，缺乏运动分类功能。
  • 由于参与者样本规模小且同质性强，普适性有限。
  • 系统在动态环境和多肌肉交互中的性能尚未探索。
  • 未来工作包括高级EMG处理、多通道支持以及在更动态场景中的评估。

总结

Myo-Action提出了一种通过EMG触发EMS加速反应时间的新方法，同时保持用户代理感。该系统实现了约23毫秒的反应时间减少，并在基于决策的任务中显示出显著更高的代理感，相较于基线EMS。通过消除预校准需求并确保低延迟操作，Myo-Action在体育、游戏和安全等领域的触觉辅助应用中展现了广阔前景。未来工作将聚焦于多肌肉交互、动态环境以及更广泛的用户评估。