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Hand synergies: Integration of robotics and neuroscience for understanding the control of biological and artificial hands

Santello, Marco und Bianchi, Matteo und Gabiccini, Marco und Riccia, Emiliano und Salvietti, Gionata und Prattichizzo, Domenico und Ernst, Marc und Moscatelli, Alessandro und Jörntell, Henrik und Kappers, Astrid M.L. und Kyriakopoulos, Kostas und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu und Castellini, Claudio und Bicchi, Antonio (2016) Hand synergies: Integration of robotics and neuroscience for understanding the control of biological and artificial hands. Physics of Life Reviews (17), Seiten 1-23. Elsevier. doi: 10.1016/j.plrev.2016.02.001. ISSN 1571-0645.

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Kurzfassung

The term ‘synergy’ – from the Greek synergia – means ‘working together’. The concept of multiple elements working together towards a common goal has been extensively used in neuroscience to develop theoretical frameworks, experimental approaches, and analytical techniques to understand neural control of movement, and for applications for neurorehabilitation. In the past decade, roboticists have successfully applied the framework of synergies to create novel design and control concepts for artificial hands, i.e., robotic hands and prostheses. At the same time, robotic research on the sensorimotor integration underlying the control and sensing of artificial hands has inspired new research approaches in neuroscience, and has provided useful instruments for novel experiments. The ambitious goal of integrating expertise and research approaches in robotics and neuroscience to study the properties and applications of the concept of synergies is generating a number of multidisciplinary cooperative projects, among which the recently finished 4-year European project “The Hand Embodied” (THE). This paper reviews the main insights provided by this framework. Specifically, we provide an overview of neuroscientific bases of hand synergies and introduce how robotics has leveraged the insights from neuroscience for innovative design in hardware and controllers for biomedical engineering applications, including myoelectric hand prostheses, devices for haptics research, and wearable sensing of human hand kinematics. The review also emphasizes how this multidisciplinary collaboration has generated new ways to conceptualize a synergy-based approach for robotics, and provides guidelines and principles for analyzing human behavior and synthesizing artificial robotic systems based on a theory of synergies

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/105888/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Hand synergies: Integration of robotics and neuroscience for understanding the control of biological and artificial hands
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Santello, MarcoSchool of Biological and Health Systems Engineering, Arizona State University, Tempe, AZ, U.S.A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bianchi, MatteoResearch Center ‘E. Piaggio’, University of Pisa, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gabiccini, MarcoResearch Center ‘E. Piaggio’, University of Pisa, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riccia, EmilianoClinical Psychology Branch, Pisa University Hospital, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Salvietti, GionataUniversity of Siena, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prattichizzo, DomenicoUniversity of Siena, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ernst, MarcBielefeld University, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Moscatelli, AlessandroUniversità di Roma “Tor Vergata”, 00173, Rome, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jörntell, HenrikLund University, SwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kappers, Astrid M.L.Vrije Universiteit, Amsterdam, The NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kyriakopoulos, KostasSchool of Mechanical Engineering, National Technical University of Athens, GreeceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074142115724
Castellini, ClaudioClaudio.Castellini (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7346-2180NICHT SPEZIFIZIERT
Bicchi, AntonioResearch Center ‘E. Piaggio’, University of Pisa, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juli 2016
Erschienen in:Physics of Life Reviews
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.plrev.2016.02.001
Seitenbereich:Seiten 1-23
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Perlovsky, L.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:1571-0645
Status:veröffentlicht
Stichwörter:movement; force; biomechanics; electromyography; motor control
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - On-Orbit Servicing [SY]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Beinhofer, Gabriele
Hinterlegt am:30 Nov 2016 09:24
Letzte Änderung:11 Sep 2023 13:21

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