mit数据集_MIT想用低成本体感手套识别你的握力

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5月31日消息,MIT科研人员开发了一款低成本体感手套:可扩展的触觉手套(STAG),这款手套采用针织材料,手掌部位分布了550个微型传感器,可识别人手与物体交互时产生的各种压力信息,然后科研人员用这些信息来训练卷曲神经网络识别并分类物体的触觉,并单纯通过触感来估测物体的重量。

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据青亭网了解,尽管是一款体感手套,STAG并不提供体感反馈,只是为了尽可能捕捉人手的触感,而捕捉到的信息可用来帮助机器人识别并操控物体,甚至还可应用在假肢的设计上。

在于《自然杂志》中发表的论文中,MIT科研人员描述了一个利用STAG编辑的数据集,其中包含26种常见物体的信息,包括汽水罐、剪刀、网球、勺子、笔和马克杯。利用这个数据集,MIT科研人员研发的卷曲神经网络的预测准确率达76%(没有结合视觉数据),而且还能准确预测60克以内大多数物体的重量。

MIT科研人员表示:目前市面上相似的体感手套造价高达数千美金,却只配备约50个传感器,能捕捉到的信息也不够多。而STAG不仅能识别高精准度的数据,还采用市场现有的材料,成本可控制在10美元左右。

将STAG的传感系统与传统计算机视觉和图片数据集结合,机器人便能以更人性的方式理解与物体的交互。此外,STAG系统还可与机器人关节部分的传感器结合,优化对扭矩和轴向力的测量,更好地预测物体的重量。

除了识别物体的触感,STAG还能用于研究人手抓取物体的方式,为假肢定制更自然的体感反馈。在AR/VR领域,这项技术可用于优化体感反馈装置,模拟更逼真的触觉。

STAG传感器原理

这些低成本的550个微型传感器是怎么实现的呢?原来,科研人员在STAG手套上加入了一层导电聚合物涂层,它可以根据外部压力改变阻力。科研人员将导电材质的线通过导电聚合物涂层中的孔从手指一直缝到手腕。这些线与涂层重叠后,便可实现压力传感器的效果。戴手套的人在触摸、抬起、握住、扔掉物体的时候,传感器能够记录每一个点感受到的压力。

这些线将手套与外部电路相连,并将压力数据转化成触觉分布图,也就是在一只虚拟手上增长、缩小的动态点。这些点的位置代表了受力点,而点的大小代表了力量强度。

通过这些分布图,MIT科研人员整合了一个包含13.5万帧视频图像的数据集,这些数据来自于之前说过的26个物体。这些视频帧可帮助神经网路估测物体和它的重量,并且模拟人手触觉。

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<think> 嗯,用户这次的问题是关于肌电信号和握力信号的重采样与数据点对齐方法。从用户提供的引用内容来看,ta似乎在做神经科学或康复工程相关研究,之前提到过脑卒中患者的TMS脑电分析,现在转向了肌电和握力信号的同步处理。用户可能正在研究运动功能恢复,需要将两种不同来源的生理信号进行时间对齐来分析肌肉发力模式。 用户可能遇到的实际困难是:肌电信号采样率通常很高(如2000Hz),而握力传感器采样率较低(如100Hz),导致数据点无法直接对应。ta需要知道如何协调这两种信号的时间序列。深层需求可能是要计算肌电激活与握力输出之间的延迟或相关性。 关于重采样部分,首先要考虑信号特性。肌电作为高频生物电信号,重采样时需要用抗混叠滤波器保护高频成分;握力作为低频机械信号,则更关注幅值保真度。具体方法上,用户可能需要分步指导:先统一采样率(建议将握力上采样到肌电频率),再处理时间延迟。 数据点对齐的关键在于找到共同的时间标记。用户可能没有意识到,实验设计中加入同步脉冲或事件标记(如握力起始点)能大幅简化后期对齐。如果已经采集完数据,就需要依赖信号特征点提取,比如建议ta用握力信号的上升沿作为参考点。 用户可能还需要后续分析建议,比如时滞相关分析或肌电-握力传递函数计算,这些在回答里可以适当提及但不必展开。考虑到ta的研究背景,提醒注意肌电信号常见的基线漂移问题也很必要——这会严重影响重采样后的对齐精度。 最后生成的问题要引导用户完善实验流程:从信号采集阶段的同步设置,到处理阶段的算法选择,再到验证方法。特别是肌电预处理容易被忽视,但又是保证对齐质量的前提。 </think>以下是肌电信号(EMG)和握力信号的重采样与数据点对齐的专业方法,结合信号处理原理逐步说明: --- ### **一、重采样核心步骤** #### 1. **确定目标采样率** - **握力信号**:通常为低频(10-100Hz),反映肌肉收缩的宏观力学输出。 - **肌电信号**:高频生物电信号(通常≥1000Hz),记录肌肉纤维电活动。 - **操作**:将二者统一至**较高采样率**(如肌电信号的采样率),避免低频信号失真。 #### 2. **握力信号升采样(Upsampling)** ```python from scipy import signal import numpy as np # 假设原始握力信号 grip_force (100Hz) 和目标采样率 emg_rate (2000Hz) up_factor = emg_rate // grip_rate # 升采样倍数 = 2000/100 = 20 grip_upsampled = signal.resample(grip_force, len(grip_force) * up_factor) ``` - **关键处理**:插入零值后使用**抗混叠低通滤波器**(如FIR滤波器)平滑: ```python # 设计截止频率为握力信号Nyquist频率的滤波器 nyq = 0.5 * grip_rate cutoff = nyq / up_factor b = signal.firwin(101, cutoff, fs=emg_rate) grip_filtered = signal.filtfilt(b, 1, grip_upsampled) ``` #### 3. **肌电信号降采样(如需)** 若需统一至较低采样率(如分析慢变特征): ```python down_factor = emg_rate // target_rate # 降采样倍数 emg_downsampled = signal.decimate(emg_signal, down_factor, zero_phase=True) ``` - **注意**:`decimate()`内置抗混叠滤波,优先选`zero_phase=True`避免相位偏移。 --- ### **二、数据点精确对齐方法** #### 1. **时间标记同步法(首选)** - **硬件方案**:采集设备输入**同步脉冲信号**(如TTL方波)至所有传感器通道。 - **软件对齐**: ```python # 假设脉冲信号在通道0,肌电在1,握力在2 pulse_idx = np.where(data_ch0 > threshold)[0][0] # 检测脉冲上升沿 aligned_emg = emg_signal[pulse_idx : pulse_idx + desired_length] aligned_grip = grip_signal[pulse_idx : pulse_idx + desired_length] ``` #### 2. **特征点匹配法(无同步脉冲时)** - **步骤**: 1. **提取握力特征点**:握力起始点(导数超过阈值): ```python grip_diff = np.diff(grip_signal) onset_grip = np.where(grip_diff > threshold)[0][0] ``` 2. **提取肌电特征点**:肌电爆发起始点(包络线上升沿): ```python emg_env = np.abs(signal.hilbert(emg_signal)) # Hilbert包络 onset_emg = np.where(np.diff(emg_env) > env_threshold)[0][0] ``` 3. **时移对齐**: ```python time_shift = onset_grip - onset_emg emg_aligned = np.roll(emg_signal, time_shift) ``` #### 3. **互相关对齐法** ```python # 计算肌电包络与握力的互相关 correlation = signal.correlate(grip_signal, emg_env, mode='full') delay = np.argmax(correlation) - len(emg_env) + 1 emg_aligned = np.roll(emg_signal, -delay) ``` --- ### **三、验证对齐效果** 1. **可视化叠加**:绘制对齐后的握力与肌电包络曲线,观察时序一致性。 2. **时滞分析**:计算互相关峰值位置,理想时滞应接近0。 3. **生理合理性验证**:肌电爆发应早于握力上升50-200ms[^1]。 --- ### **注意事项** - **滤波一致性**:对齐前需对两种信号使用相同滤波参数(如带通范围)。 - **采样率转换顺序**:先对齐再重采样可减少相位失真。 - **非平稳信号处理**:若信号不稳定(如疲劳实验),建议分段对齐。 ---
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