Virtuelles robotisches Gliedmaßensystem Zum menschlichen Oktopus werden wie Doc Ock

Forschungsteams der Universität Tokio, der Keio Universität und der Toyohashi University of Technology in Japan haben ein virtuelles Roboterarmsystem entwickelt, das von den Füßen der Benutzer in einer virtuellen Umgebung als zusätzliche oder überzählige Gliedmaßen bedient werden kann.

Nach dem Training berichteten die Benutzer, dass sie das Gefühl hatten, die virtuellen Roboterarme seien ein Teil ihres eigenen Körpers geworden. Diese Studie konzentrierte sich auf die Wahrnehmungsveränderungen der Teilnehmer, deren Verständnis dazu beitragen kann, reale physische robotische Systeme mit überzähligen Gliedmaßen zu entwerfen, die die Menschen ganz natürlich und frei benutzen können, genau wie unsere eigenen Körper.

Doctor Octopus bald real?

Was würden Sie mit einem zusätzlichen Arm tun, oder wenn Sie, wie Spider-Mans Erzfeind Doctor Octopus, vier zusätzliche Arme haben könnten? Die Forschung zu zusätzlichen oder überzähligen Robotergliedern untersucht, wie wir uns geistig und körperlich an zusätzliche Gliedmaßen anpassen könnten.

Der Doktorand Ken Arai vom Research Center for Advanced Science and Technology (RCAST) an der Universität Tokio interessierte sich für diese Forschung, um die Grenzen der menschlichen „Plastizität“ zu erforschen – mit anderen Worten: die Fähigkeit unseres Gehirns, sich an äußere und innere Veränderungen anzupassen.

Ein Beispiel für Plastizität ist die Art und Weise, wie wir lernen können, neue Werkzeuge zu benutzen und sie manchmal sogar als Erweiterungen von uns selbst zu sehen, was als „Werkzeugverkörperung“ bezeichnet wird, ob es sich nun um den Pinsel eines Künstlers oder die Schere eines Friseurs handelt.

Virtuelles robotisches Gliedmaßensystem

Um diese Konzepte in der Praxis zu erforschen, haben Teams der University of Tokyo, der Keio University und der Toyohashi University of Technology in Japan gemeinsam ein virtuelles robotisches Gliedmaßensystem entwickelt. Anschließend baten sie die Teilnehmer, mit den virtuellen Gliedmaßen Aufgaben in der virtuellen Realität (VR) auszuführen.

„Wir untersuchten, ob virtuelle Roboterarme als überzählige Gliedmaßen als Teil des eigenen Körpers wahrgenommen werden können und ob Wahrnehmungsveränderungen in Bezug auf den proximalen Raum um den Roboterarm auftreten“, so Arai.

Die Teilnehmer trugen ein kopfgetragenes Display, das ihnen eine Ich-Perspektive ihrer eigenen Arme in VR sowie der zusätzlichen virtuellen Roboterarme bot. Anschließend mussten sie Aufgaben nur mit den virtuellen Roboterarmen ausführen, die durch die Bewegung ihrer Zehen gesteuert wurden. Taktile Geräte übertrugen Empfindungen von den virtuellen Roboterarmen auf die Fußspitzen und -sohlen der Teilnehmer, wenn sie ein Objekt berührten, zum Beispiel einen virtuellen Ball.

Sobald die Teilnehmer gelernt hatten, das virtuelle System zu benutzen, berichteten sie, dass sie das Gefühl hatten, die virtuellen Roboterarme seien zu ihren eigenen zusätzlichen Armen geworden und nicht nur zu Verlängerungen ihrer echten Arme oder Füße. „Die Werte der subjektiven Bewertung wurden statistisch signifikant höher für das 'Gefühl der Körperzugehörigkeit', das 'Gefühl der Handlungsfähigkeit' und das 'Gefühl der Selbstverortung', welche wichtige Maßstäbe für die Verkörperung sind, bei der die überzähligen Roboterarme zu einem Teil des Körpers werden können“, so Arai.

Als wären die Arme Teil des Körpers

Das Team fand auch heraus, dass der „peripersonale Raum“ (der Bereich um unseren Körper, den wir als unseren persönlichen Raum wahrnehmen) der Teilnehmer sich auf den Bereich um die virtuellen Roboterarme ausdehnte.

Arai erklärte: „Es ist uns gelungen, die positive Assoziation zwischen der wahrgenommenen Veränderung der visuell-taktilen Integration um die überzähligen Roboterarme (peripersönlicher Raum) und der Veränderung der subjektiven Bewertung des Gefühls, dass sich die Anzahl der eigenen Arme erhöht hat (Gefühl der überzähligen Arme), zu erfassen.“

Potenzial für kooperatives Verhalten

Als nächstes will das Team das Potenzial für kooperatives Verhalten zwischen den eigenen Armen der Teilnehmer in der virtuellen Realität und den virtuellen Roboterarmen untersuchen. „Die Untersuchung der Mechanismen und der Dynamik des hier berichteten Gefühls der überzähligen Gliedmaßen aus der Sicht der kognitiven Neurowissenschaften wird wichtig sein, um die Grenzen der menschlichen Plastizität und die Entwicklung von Systemen mit überzähligen Robotergliedern zu erforschen“, so Arai.

Man hofft, dass das Verständnis der Wahrnehmungsveränderungen und des kognitiven Aufwands, der für die Bedienung eines überzähligen robotischen Gliedmaßensystems in VR erforderlich ist, dazu beitragen wird, in Zukunft reale Systeme zu entwerfen, welche die Menschen auf natürliche Weise wie ihren eigenen Körper benutzen können.