A decision-making mechanism based on EMG signals and adaptive neural fuzzy inference system (ANFIS) for hand gesture prediction

Abstract

Üst ekstremite hareketi tam olarak sağlanamadığında, yapay zeka (artificial intelligence/AI) sistemleri kullanıcılara amaçlanan hareketin uygulanması konusunda yardımcı olurlar. Kas aktivitesinin temsili olan elektromiyografi (EMG), sanal gerçeklik uygulamaları ve protez kontrolleri gibi AI-tabanlı sistemlerde kullanıldığında çeşitli faydalar sağlar. Bu çalışmada, bahsedilen sistemlere etkin kontrol sunmak ve tahmin performanslarını iyileştirmek amacıyla bulanık mantık (Fuzzy Logic/FL)-tabanlı bir karar verme mekanizması sunulmuştur. Bu bağlamda, 30 katılımcıdan yedi farklı el hareketini taklit etmesi sonucunda oluşan EMG sinyalleri toplandı. Gerekli ön işleme ve bölütleme işlemlerinin ardından elde edilen sinyallere Hilbert-Huang Dönüşümü'nün (HHD) ilk aşaması Görgül Kip Ayrışımı (GKA) metodu uygulandı ve İçsel Mod Fonksiyonları (İMF) elde edildi. İstatistiksel İMF seçim yöntemi ile belirlenen İMF’lere HHD uygulanmasıyla iyi çözünürlüklü zaman-frekans (time-frequency/TF) imgeleri elde edildi. Zaman ve frekans uzayının ortak temsiline dayalı görselleştirilmiş TF imgelerinden çeşitli ayırt edici öznitelikler çıkartıldı. İki farklı kümeleme tekniği uygulanan öznitelik veri seti, Uyarlamalı Sinirsel Bulanık Çıkarım Sistemi'ne (ANFIS) girdi olarak verildi. Yedi el hareketi sınıflandırması için Azaltımlı (Subtractive Clustering/SC) ve Bulanık C-ortalama (Fuzzy C-mean/FCM) kümeleme yöntemleri için ortalama doğruluk değerleri sırasıyla %93,88 ve %92,10 olarak elde edilmiştir. TF temsiline dayalı özniteliklerin FL yaklaşımlarıyla sınıflandırılması sonucu elde edilen bulgular, EMG gibi durağan ve doğrusal olmayan biyolojik sinyallerin sınıflandırılması için umut verici olduğunu göstermiştir.