Event-Based Estimation of Hand Forces From High-Density Surface EMG on a Parallel Ultralow-Power Microcontroller

微控制器 功率(物理) 超低功耗 事件(粒子物理) 计算机科学 嵌入式系统 物理 量子力学 功率消耗
作者
Marcello Zanghieri,Pierangelo Maria Rapa,Mattia Orlandi,Elisa Donati,Luca Benini,Simone Benatti
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:25 (5): 7771-7780 被引量:5
标识
DOI:10.1109/jsen.2024.3359917
摘要

Modeling hand kinematics and dynamics is a key goal for research on Human-Machine Interfaces, with surface electromyography (sEMG) being the most commonly used sensing modality. Though under-researched, sEMG regression-based modeling of hand movements and forces is promising for finer control than allowed by mapping to fixed gestures. We present an event-based sEMG encoding for multi-finger force estimation implemented on a microcontroller unit (MCU). We are the first to target the HYSER High-Density (HD)-sEMG dataset in multi-day conditions closest to a real scenario without a fixed force pattern. Our Mean Absolute Error of (8.4 ± 2.8)% of the Maximum Voluntary Contraction (MVC) is on par with State-of-the-Art (SoA) works on easier settings such as within-day, single-finger, or fixed-exercise. We deploy our solution for HYSER’s hardest task on a parallel ultra-low power MCU, getting an energy consumption below 6.5 uJ per sample, 2.8× to 11× more energy-efficient than SoA single-core solutions, and a latency below 280 us per sample, shorter than HYSER’s HD-sEMG sampling period, thus compatible with real-time operation on embedded devices.

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