VU Research Portal
A contribution to the grasping puzzle
Verheij, R.
2014
document version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Link to publication in VU Research Portal
citation for published version (APA)
Verheij, R. (2014). A contribution to the grasping puzzle.
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ?
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
E-mail address:
Dutch summary
Een bijdrage aan de ‘grijp-puzzel’
Mensen kunnen op allerlei manieren van elkaar verschillen. Sommige mensen hebben kleine handen, andere juist grote, sommige mensen hebben zeer gespierde armen, andere hebben juist slanke armen enz. Toch is de manier waarop verschil-lende mensen voorwerpen grijpen vrijwel gelijk. Mensen grijpen voorwerpen dus op een typische manier. Dit is opmerkelijk omdat er heel veel verschillende manieren mogelijk zijn. Stel je bijvoorbeeld eens voor dat je een pak drinkyoghurt wilt grijpen met je duim en wijsvinger en dat je de grijpbeweging begint met je duim en wijsvinger ver uit elkaar. Een van de vele opties is dan om je hand naar het pak te bewegen en tegelijkertijd je duim en wijsvinger langzaam naar elkaar toe te bewegen, totdat ze eindigen op het pak. Een andere optie is bijvoorbeeld om je hand naar het pak te bewegen en je duim en wijsvinger pas naar elkaar toe te bewegen als je hand vlak bij het pak is. Weer een andere optie is om je hand naar het pak te bewegen en terwijl dat je dat doet eerst je duim en wijsvinger naar elkaar toe te bewegen, daarna weer van elkaar af te bewegen en vervolgens weer naar elkaar toe te bewegen totdat je duim en wijsvinger eindigen op het pak. De typische manier waarop mensen grijpen is in dit geval de laatst genoemde optie. In het verleden zijn er, door het doen van experimenten, voor veel verschillende situaties typische manieren van grijpen gevonden.
Waardoor deze typische manieren van grijpen bepaald worden is nog niet duidelijk. Er zijn wel verschillende voorstellen gedaan. Een populaire theorie zegt dat je de positie van je hand en de afstand tussen je vingers aanstuurt wanneer je iets grijpt. Een nieuwere theorie zegt dat grijpen hetzelfde aangestuurd wordt als een beweging met één vinger, grijpen is volgens deze theorie hetzelfde als tegelijkertijd met meerdere vingers het te grijpen voorwerp aantikken. Je stuurt de positie van je vingers en daardoor beweegt je hand automatisch mee. Een mogelijke manier om meer duidelijkheid te krijgen over wat de typische manieren van grijpen bepaald is door het bouwen van wiskundige modellen. Modellen zijn een versimpelde weergave van de werkelijkheid. Dit betekent dat niet elk spiertje of botje in het model hoeft te zitten, maar alleen wat nodig is om het gedrag van mensen te verklaren. In een model zijn bepaalde aannames over hoe men denkt dat de typische manieren van grijpen bepaald worden omgezet in formules. Als het model vervolgens voor een bepaalde situatie voorspelt hoe de typische manier van grijpen eruitziet, en deze voorspelling is in overeenstemming met hoe mensen bewegen, dan maakt dit de aannames waarop het model gebaseerd is aannemelijk en weten we dus beter hoe we het grijpgedrag van mensen kunnen verklaren. In hoofdstuk 2 van dit proefschrift is een dergelijk model gebouwd. In het model
hebben we de grijpbeweging vereenvoudigd tot de beweging van het topje van de duim en het topje van de wijsvinger. We hebben vrijwel alle anatomie genegeerd omdat uit experimenten is gebleken dat de anatomie natuurlijk wel nodig is om een beweging te maken, maar de typische manier van bewegen niet bepaalt. Het model doet, in de huidige vorm, dus alleen voorspellingen over het grijpen met de duim en wijsvinger. In het model hebben we aangenomen dat mensen grijpbe-wegingen aansturen zoals de nieuwere theorie zegt, dus dat de begrijpbe-wegingen van de individuele vingers aangestuurd worden en niet de afstand tussen de vingers en de positie van de hand. Naast deze aanname hebben we ook aangenomen dat er voor de beweging van het topje van de duim en de wijsvinger rekening wordt gehouden met de volgende doelen: beweeg vloeiend naar de van te voren geselecteerde doelpositie op het te grijpen voorwerp zonder te botsen met andere delen van dit voorwerp, met obstakels en met de andere vinger, bereik het te grijpen voorwerp op ongeveer dezelfde tijd als de andere vinger en beweeg nooit te ver weg van de andere vinger. Al deze aannames zijn omgezet in wiskundige formules door het topje van de duim en de wijsvinger te beschouwen als puntmassa’s met een veer ertussen, elk aangetrokken naar zijn doelpositie en afgestoten van het oppervlak van voorwerpen. De bewegingen werden gedempt. Gebruikmakend van slechts één set van parameters, dus zonder instellingen tussendoor te veranderen, kan het model uit hoofdstuk 2 een grotere variëteit van experimentele vondsten repro-duceren dan ieder ander bestaand model. Naast het reprorepro-duceren van bekende typische manieren om voorwerpen te grijpen, voorspelt het model uit hoofdstuk 2 ook dat de toename in de maximale afstand tussen het topje van de duim en het topje van de wijsvinger met de grootte van het voorwerp groter is voor blokken dan voor cilinders. Toen we in de literatuur de typische manier van grijpen voor blokken van verschillende grootte en voor cilinders van verschillende grootte bestudeerden door de resultaten van verschillende studies samen te nemen, bleek de model voorspelling inderdaad in overeenstemming te zijn met de typische manieren van grijpen die bij mensen geobserveerd zijn. Het model uit hoofdstuk 2 kan hiernaast ook voorspellen hoe bewegingen worden gemaakt met één vinger om een voorwerp aan te tikken. Dit draagt bij aan de aannemelijkheid van de nieuwere theorie dat grijpen gezien kan worden als het tegelijkertijd aantikken van een voorwerp met meerdere vingers.
Dutch summary - Nederlandse samenvatting
door de omgeving kunnen op verschillende manieren onderscheiden worden. We hebben er voor gekozen om een onderscheid te maken tussen locale beperkingen die alleen invloed uitoefenen tijdens het begin of het eind van de beweging, en globale beperkingen die invloed uitoefenen tijdens de hele beweging. Om erachter te komen of de tafel de gekromde paden van de vingers veroorzaakt, hebben we grijpbewegingen naar voorwerpen die op een tafel stonden vergeleken met grijp-bewegingen naar voorwerpen die niet op een tafel stonden maar op het uiteinde van een staaf waren geplaatst. In tegenstelling tot de aanname die we in het model verwerkt hebben, had de aanwezigheid van de tafel geen effect op de hoogte van de paden van de vingers. Om erachter te komen of de locale beperkingen aan het begin en aan het eind van de beweging de oorzaak zijn van de gekromde paden, hebben we de locale beperkingen gevarieerd door mensen hun beweging te laten beginnen boven of onder het uiteinde van een staaf en door het te grijpen voor-werp vast te maken aan de boven of aan de onderkant van het uiteinde van een andere staaf. We vonden dat de locale beperkingen aan het begin van de beweging de verticale kromming van de paden van de vingers grotendeels verklaren.
De verticaal gekromde paden van de vingers konden niet helemaal verk-laard worden door de locale beperkingen aan het begin van de beweging. Dit komt misschien doordat een strategie die mensen mogelijk gebruiken om met de zwaartekracht om te gaan, ook een effect heeft op de hoogte van de paden van de vingers. Om dit te testen hebben we een experiment gedaan (Hoofdstuk 4). Mensen moesten een waxinelichtje grijpen terwijl ze op een stoel zaten. We konden de hele opstelling, inclusief de persoon, achterover kantelen waarbij de startpositie en de positie van het waxinelichtje ten opzichte van de persoon niet veranderde. Op deze manier konden we de bewegingsrichting (van de startpositie naar het waxinelichtje) ten opzichte van de richting van de zwaartekracht ve-randeren. We vonden verschillen in de paden van de vingers tussen de geteste oriëntaties. Wanneer de persoon rechtop zat, was het boogje dat de paden van de vingers maakten kleiner dan wanneer de opstelling zo gedraaid was dat de persoon bijna op zijn rug lag. Dit laat zien dat er een direct effect van de zwaartekracht is op de paden van de vingers, de zwaartekracht trekt de vingers uiteraard naar beneden en hiervoor wordt niet volledig ‘gecorrigeerd’ door de manier waarop we onze bewegingen aansturen. Dit is overigens ook niet noodzakelijk, want de per-sonen konden zonder problemen het waxinelichtje grijpen. Nu we het effect van de zwaartekracht op de verticale kromming van de paden van de vingers weten, kunnen we deze kromming nog steeds niet volledig verklaren. Maar, omdat we nu wel de factoren hebben gevonden die voor het overgrote deel bijdragen aan de kromming, hebben we besloten om niet verder uit te pluizen welke factoren een kleine bijdrage leveren.
van de vingers en de tafel erg klein was? Dit begrepen we niet omdat we uit de literatuur weten dat, om de kans op een botsing met een obstakel te voorkomen, mensen op een typische manier bewegen die ervoor zorgt dat de lichaamsdelen niet te dicht bij de obstakels komen. Op basis hiervan hadden we verwacht dat mensen om de tafel (een obstakel) te ontwijken hun vingers meer omhoog zouden bewegen. Maar dit was dus niet het geval. In hoofdstuk 5 overwegen we vier mogelijke verklaringen hiervoor: mensen veranderden hun bewegingssnelheid liever dan het pad dat hun vingers afleggen, ongevoeligheid van de hoogte com-ponent voor obstakels, obstakels die zich onder de startpositie bevinden worden niet meegenomen in het bewegingsplan omdat de vingers doorgaans niet lager ko-men dan de startpositie, en hanteerbare voorwerpen (voorwerpen die je makkelijk kunt grijpen en optillen) hebben invloed op het bewegingsplan terwijl een tafel geen invloed heeft op het bewegingsplan omdat de tafel niet hanteerbaar is. Door het doen van experimenten vonden we dat, van deze vier verklaringen, alleen de verklaring dat obstakels die zich onder de startpositie bevinden niet mee worden genomen in het bewegingsplan kan verklaren waarom de tafel geen effect heeft op de hoogte van de paden van de vingers.
Dutch summary - Nederlandse samenvatting
dan de doelposities te voorkomen. De aanname dat mensen, terwijl ze hun vingers naar de doelposities bewegen, botsingen met andere delen van het te grijpen voor-werp willen voorkomen is dus aannemelijk.
De aanname dat mensen het doel hebben om botsingen te voorkomen met andere delen van het te grijpen voorwerp dan de doelposities, betekent ook dat de vorm van het voorwerp op een bepaalde manier invloed heeft op de MGO. Bij gelijke breedte, diepte en hoogte van het te grijpen voorwerp maakt het dus uit of het voorwerp bijvoorbeeld een bol is of een kubus. We hebben het effect van de vorm van het te grijpen voorwerp op de MGO onderzocht in hoofdstuk 7. Hiernaast hebben we ook drie andere verklaringen voor het effect van vorm op de MGO getest: de MGO zou beïnvloed kunnen worden door de benodigde precisie voor het plaatsen van de vingers, door het verkeerd inschatten van de breedte, of door het verkeerd inschatte van het volume van het te grijpen voorw-erp. We hebben de vier mogelijke verklaringen voor het effect van vorm op MGO onderzocht door personen vijf verschillend gevormde voorwerpen met dezelfde breedte, hoogte en diepte te laten grijpen. De vijf voorwerpen, een kubus, een driedimensionale plus, een rechthoekig blok, een cilinder en een bol, werden al-lemaal zo gegrepen dat de uiteindelijke afstand tussen de duim en wijsvinger even groot was. We hebben voor elk van de vier mogelijke verklaringen berekend in hoeverre er een samenhang was tussen de geobserveerde MGOs en de MGOs die we zouden verwachten op basis van de verklaring. De samenhang was het sterkst voor de verklaring dat mensen het doel hebben om ongewenste botsingen met het te grijpen voorwerp te voorkomen. Het doel om ongewenste botsingen met het te grijpen voorwerp te voorkomen bleek belangrijker te zijn voor de invloed van de vorm van het voorwerp op de MGO dan de gewenste precisie, de ingeschatte breedte of het inschatte volume van het te grijpen voorwerp.
