Projekt i implementacja interfejsu człowiek-komputer opartego na analizie sygnałów EMG z mięśni twarzy

W niniejszej pracy przedstawiono projekt i implementację systemu opartego na akwizycji sygnałów elektromiograficznych (EMG) w celu sterowania interfejsem człowiek-komputer (HCI). Celem projektu było opracowanie rozwiązania umożliwiającego detekcję aktywności mięśni twarzy i przekształcenie jej w konkretne polecenia wykonywane na komputerze. System wykorzystuje mikrokontroler ESP32, który zbiera dane z dwóch kanałów EMG, przetwarza je, a następnie przesyła do komputera w czasie rzeczywistym. Kluczowym elementem pracy było zaprojektowanie
i wykonanie toru akwizycji sygnałów.
W ramach projektu dokonano odpowiedniego doboru miejsc rozmieszczenia elektrod pomiarowych na twarzy, co umożliwiło precyzyjne wychwycenie aktywności mięśniowej. Proces ten opierał się na analizie układu mięśni twarzy oraz wykorzystaniu skanu 3D twarzy w celu precyzyjnego określenia lokalizacji punktów pomiarowych. Następnie zaprojektowano ergonomiczne mocowanie elektrod, które zostało wydrukowane w technologii druku 3D, co zapewniło jego lekkość i dopasowanie do kształtu twarzy.
Zebrane sygnały EMG zostały poddane wstępnej filtracji z wykorzystaniem filtra pasmowo-przepustowego, co pozwoliło na eliminację zakłóceń i uzyskanie danych
o wysokiej jakości. Przeprowadzone badania miały na celu przetestowanie skuteczności działania systemu w różnych scenariuszach aktywności mięśniowej, takich jak zaciskanie zębów po lewej i prawej stronie twarzy oraz symetryczne zaciskanie zębów. Uzyskane dokładności o wartości odpowiednio 75,0%, 73,5% oraz 43,6% oraz precyzja równa 90,0%, 83,3% oraz 56,7% wskazują na duży potencjał opracowanego rozwiązania, ale też pozwoliły na określenie potencjalnych obszarów jego dalszej optymalizacji.
Słowa kluczowe: elektromiografia (EMG), interfejs człowiek-komputer (HCI), mikrokontroler ESP32, druk 3D, analiza sygnałów biomedycznych