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  5. Force Myography for Motion Intention Detection Based on 3D-Printed Piezoelectric Sensors
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Force Myography for Motion Intention Detection Based on 3D-Printed Piezoelectric Sensors

File(s)
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Hauptpublikation
2025-06-05__Zweitveröffentlichung_Schaumann_Force_Myography_for_Motion_Intention_Detection_Based_on_3D-Printed_Piezoelectric_Sensors.pdf
Urheberrechtlich geschützt
Format: Adobe PDF
Size: 1.66 MB
TUDa URI
tuda/14269
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-310017
DOI
10.26083/tuprints-00031001
Autor:innen
Schaumann, Stephan ORCID 0009-0001-2705-9833
Latsch, Bastian ORCID 0000-0001-9929-5694
Schäfer, Niklas ORCID 0000-0001-5433-0273
Ben Dali, Omar ORCID 0000-0002-7318-3974
Seiler, Julian
Raynaud, Jennifer
Grimmer, Martin ORCID 0000-0003-1921-1433
Flor, Herta
Beckerle, Philipp ORCID 0000-0001-5703-6029
Kupnik, Mario ORCID 0000-0003-2287-4481
Kurzbeschreibung (Abstract)

Recognizing human movement intention is key to control wearable robotics for assistance, such as in the elderly and rehabilitation. Piezoelectric sensors, in particular highly sensitive ferroelectrets (FEs), qualify for the assessment of subtle muscle movements using force myography (FMG). In contrast to electromyography (EMG), which measures electrical muscle activity, FMG measures the mechanical muscle response to overcome issues in electrode placement and skin preparation. We employ 3D-printed polypropylene FE sensor patches for FMG adjacent to EMG electrodes as a reference at the lower limb of six young unimpaired participants performing sit-to-stand movements. The activity onsets of FMG and EMG are systematically compared at the quadriceps femoris and visually verified using a high-speed camera. The average time difference (35 ± 50 ms) aligns with the known electromechanical muscle delay. Notably, our results demonstrate that FMG can provide an early indicator for the activity onset significantly before the EMG (on average 263 ± 90 ms earlier) in this scenario due to the possibility to measure passive muscle deformation. In addition, the signal-to-noise ratio of the FE signal (53 dB) exceeds that of the EMG (39 dB) during the maximum muscle activity, while the average variability is slightly larger for FE (22%) compared to EMG (17%). In conclusion, our customizable FE sensors prove to be suitable for motion intention detection and promise an advance in wearable assistive devices, such as active prostheses and exoskeletons, to support people in need.

Freie Schlagworte

Sensor applications

electromyography (EMG...

ferroelectret

force myography (FMG)...

muscle activity

sit-to-stand

wearable

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Mess- und Sensortechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik > Control and Cyber-Physical Systems (CCPS)
Forschungsprojekte und Grants
DFG-Graduiertenkollegs > Graduiertenkolleg 2761 LokoAssist – Nahtlose Integration von Assistenzsystemen für die natürliche Lokomotion des Menschen
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin, Gesundheit
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 621.3 Elektrotechnik, Elektronik
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
IEEE Sensors Letters
Jahrgang der Zeitschrift
8
Heftnummer der Zeitschrift
9
ISSN
2475-1472
Verlag
IEEE
Ort der Erstveröffentlichung
New York, NY
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1109/LSENS.2024.3417278
PPN
532990064

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