政大大學報

龍華科大創臉控輪椅 助手腳失能者自主行動

2022/12/21 23:16:22
臉控裝置及利用其之電動車由龍華科技大學電子工程系學生周家毅、劉堃葦、林宏柏、張岫昇、胡儀安、何慶福共同研發,該作品於高雄國際發明暨設計展 (KIDE) 中榮獲金牌。 圖/團隊成員提供

【記者林玟君綜合報導】市面上的輪椅以手動和電動遙控式為主,需仰賴使用者的肢體操控,但對於手腳皆有功能障礙的人來說,仍須依靠他人的協助推動輪椅。龍華科技大學電子工程系學生團隊研發「臉控裝置及利用其之電動車」,採用非侵入式貼片貼於臉頰兩側,以肌電訊號(註一)控制輪椅移動,讓手腳有障礙的患者,能透過臉部咀嚼肌的不同咬合方式自主操控輪椅。

註一:肌電訊號為人做動作時肌肉收縮所產生的訊號,代表肌肉活動的狀態。肌電訊號經過濾波特徵擷取之後,可觀察出動作型態。

團隊成員周家毅表示,臉部有多種傳遞訊號的位置,「因為我們都會吃東西,咀嚼肌這邊的肌肉一定比較大,用咬合的話,訊號會比較明顯。」因此,團隊選擇將電極貼片貼於使用者的臉頰兩側,透過偵測到的肌電訊號傳遞至裝置的開發板(註二)控制輪椅行駛,當裝置分析出左右咬合的訊號後便會下達指令,「它會控制電動輪椅說你該前進或你該後退了,還是你該左轉或你該右轉了。」周家毅補充。

團隊使用可拋棄鈕扣式電極貼片,並將貼片貼於使用者的咀嚼肌處,再藉由偵測到的肌電訊號來控制輪椅移動。 圖/團隊成員提供
註二:開發板為進行嵌入式系統開發的電路板,包括中央處理器、存儲器、輸入設備、輸出設備、數據通路/匯流排和外部資源接口等一系列硬體組件。

為區分使用者日常生活的臉部活動,如大笑、吃飯、說話等,團隊運用能過濾雜訊的模組(註三)進行判別,周家毅說:「它(模組)可以做訊號的截取和放大,比較好分辨說訊號到底是有沒有咬合,有沒有想做什麼動作之類的。」另外,團隊也使用非侵入式電極貼片,降低使用者肌肉損傷和發炎的風險。

註三:模組是指由數個基礎功能元件組成的特定功能組件,可用來組成具完整功能的系統、裝置或程式。模組通常都會具有相同的製程或邏輯,透過更改組成元件可調適功能或用途。

「有時候我們一側的咬合肌收縮,對側通常也是跟著收縮的。」台北醫學大學醫學院副院長陳適卿認為,此裝置若要成為正式醫療等級的器材,仍須再做多重臨床驗證。對此,團隊指導老師張志聰回應,若使用者有意識地做左右咬合,即使會一同帶動肌肉收縮,但兩側力度仍相差不小,因此團隊以設定標準數值的方式辨別前進方向,「比如說能量是1到10,我們以5作開關,那你咬下去的時候,你右邊是6,左邊是2,那就會啟動右邊這個開關。」他解釋。

臉控裝置藉由電極貼片上偵測到的肌電訊號控制輪椅移動,利用判別左、右咀嚼肌的咬合讓手腳不方便的患者能靠自身力量操控輪椅。 圖/團隊成員提供

考慮到在臉部貼上電極貼片較不美觀的問題,團隊計畫將貼片改良成口罩式的裝置,並以無線的方式接收訊號,提升整體裝置的舒適度。張志聰期望此裝置能與現有輪椅廠商合作降低生產成本,讓更多使用者的家屬能夠負擔,同時也節省人力。台北醫學大學生物醫學工程學系副教授林玨赫則建議,裝置能以使用者的需求為核心,針對個別使用者的殘存功能做設計,「像是對於舌頭功能比較好的患者,或許就可以用舌控裝置來推動輪椅。」