DOI: https://doi.org/10.11596/asiajot.22.18
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Rikiya Shirato وآخرون
الموضوع الرئيسي: التفاعل بين الإنسان والآلات والسلامة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة توزيع القوة بين اليد المسيطرة وغير المسيطرة أثناء التوجيه باليدين في حالات الحمل المنخفض باستخدام حساسات ضغط سعة عالية الحساسية. قام 27 مشاركًا صحيًا بأداء مهمة المرور عبر الأقماع في محاكي القيادة، مع جمع بيانات القوة من حساسات موضوعة على الإبهام، وأطراف الأصابع، وراحة اليد لكلتا اليدين. كشفت التحليلات عن عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية في القوة الإجمالية أو القصوى أو المتوسطة المطبقة من قبل أي من اليدين، كما لم تظهر قياسات الحساسات الفردية أي تباين بين اليد المسيطرة وغير المسيطرة.
أشارت النتائج إلى أن راحة اليد كانت المنطقة الرئيسية لتطبيق القوة، حيث ساهمت بأكبر قدر في توزيع القوة الإجمالية في كلتا اليدين. بالإضافة إلى ذلك، لم يتم العثور على أي ارتباطات ذات دلالة إحصائية بين توازن التوجيه في المهمة والقوى المطبقة من قبل اليدين. تشير هذه النتائج إلى أن كلتا اليدين تساهمان بشكل مشابه في مهام التوجيه، حيث تلعب راحة اليد دورًا حاسمًا في عملية التوجيه، بغض النظر عن هيمنة اليد.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للقيادة في الحياة اليومية وتأثير العجز المفاجئ عن القيادة بسبب المرض أو الإصابة. تؤكد على أن القيادة تتطلب تكاملًا معقدًا بين الأنظمة المعرفية والعصبية والعضلية الهيكلية، حيث يعتمد التشغيل الآمن على نطاق حركة كافٍ في الأطراف العلوية والسفلية لمهام مثل التوجيه والفرملة. تشير الأدبيات إلى زيادة خطر الحوادث الناتجة عن الخطأ بين الأفراد ذوي الإعاقات العضلية الهيكلية، وخاصة تلك التي تؤثر على الأطراف العلوية، حيث يمكن أن تؤثر التثبيت للعلاج على القدرة على القيادة.
استكشفت الدراسات السابقة جوانب مختلفة من أداء التوجيه، بما في ذلك تأثيرات التثبيت على القدرة على القيادة. ومن الجدير بالذكر أن بحثًا أجراه غريغوري وآخرون أظهر أن تثبيت اليد المسيطرة يؤثر سلبًا على الاستجابة للمخاطر أكثر من اليد غير المسيطرة، مما يشير إلى مساهمة اليد المسيطرة الأكبر في التوجيه. ومع ذلك، لا يزال هناك فجوة في تقييم الخصائص القوة المطبقة من قبل كلتا اليدين أثناء التوجيه بشكل كمي. تهدف هذه الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال تحليل توزيع القوة في المشاركين الأصحاء باستخدام حساس ضغط سعة عالية الحساسية في محاكي القيادة، مع التحقيق أيضًا في تأثير العمر على قوى اليدين أثناء القيادة. من المتوقع أن تعزز النتائج الفهم للخصائص الوظيفية اللازمة لعمليات التوجيه الفعالة.
طرق البحث
توضح قسم “طرق البحث” الأساليب التجريبية والتحليلية المستخدمة في الدراسة. تتناول تصميم التجارب، بما في ذلك اختيار المشاركين، والمواد المستخدمة، والإجراءات المحددة المتبعة لضمان الاتساق والموثوقية. تم إجراء تحليلات إحصائية لتقييم البيانات، مع إيلاء اهتمام خاص لاختيار الاختبارات التي تتماشى مع الأسئلة البحثية المطروحة.
بالإضافة إلى ذلك، يصف القسم أي نماذج رياضية أو معادلات تم استخدامها لتفسير النتائج، مما يضمن وضوح كيفية تطبيق هذه النماذج. تؤكد المنهجية على الضوابط الدقيقة وقابلية التكرار، وهي أمور حاسمة للتحقق من نتائج البحث. بشكل عام، تم تصميم الطرق المستخدمة لتوفير إطار عمل قوي لفهم الظواهر قيد التحقيق.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية في القوة الإجمالية (Δ = -1.003 N، p = 0.517)، القوة القصوى (Δ = 0.935 N، p = 0.532)، والقوة المتوسطة (Δ = -0.167 N، p = 0.517) بين اليد المسيطرة وغير المسيطرة. وبالمثل، أظهرت قياسات القوة عبر الأصابع الفردية وراحة اليد أيضًا عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية، حيث تم تسجيل أعلى قيم متوسطة للقوة على راحة اليد لكلتا اليدين. كانت نسبة المساهمة في القوة الإجمالية الأكبر في راحتي اليدين، بينما كانت الأصبع الصغيرة لها أعلى مساهمة متوسطة في اليد المسيطرة، مما يتناقض مع هيمنة الأصبع الوسطى في اليد غير المسيطرة.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات عن عدم وجود ارتباطات ذات دلالة إحصائية بين “توازن اليسار واليمين” في اختبار عملية التوجيه وقيم القوة لأي من اليدين، كما لم تكن هناك ارتباطات ذات دلالة إحصائية بين العمر وقيم القوة في كلتا اليدين. على وجه التحديد، لم تكن الارتباطات مع العمر لقيم القوة الإجمالية والقصوى والمتوسطة ذات دلالة إحصائية، مما يشير إلى أن العمر لا يبدو أنه يؤثر على إنتاج القوة في هذا السياق. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أداء متسق في مقاييس القوة عبر كلتا اليدين وعدم تأثير العمر أو التوازن الجانبي على توليد القوة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم توزيع القوة لليدين المسيطرة وغير المسيطرة أثناء مهمة توجيه باليدين في محاكي القيادة بشكل كمي باستخدام حساس ضغط سعة عالية الحساسية. تألفت العينة من 27 مشاركًا صحيًا، جميعهم كانوا من اليد اليمنى ولم يكن لديهم تاريخ من إصابات الأطراف العلوية أو الاضطرابات العصبية العضلية. كشفت النتائج عن عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية في القيم الإجمالية أو القصوى أو المتوسطة للقوة المطبقة من اليد المسيطرة مقابل اليد غير المسيطرة، مما يشير إلى أن كلتا اليدين تساهمان بشكل مشابه أثناء عمليات التوجيه ذات الحمل المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، لم يتم العثور على أي ارتباط بين “توازن اليسار واليمين” في أداء التوجيه والقوى المطبقة من أي من اليدين، كما لم يكن هناك علاقة ذات دلالة إحصائية بين العمر وتطبيق القوة.
تشير النتائج إلى أنه أثناء مهمة التوجيه، تلعب راحة اليد دورًا حاسمًا، حيث أظهرت أعلى تطبيق للقوة مقارنة بالأصابع. يتناقض هذا مع الدراسات السابقة التي أفادت بمساهمات أكبر للقوة من اليد المسيطرة في مهام القبض الثابت. تسلط الدراسة الضوء على أن الطبيعة الديناميكية للتوجيه، التي لا تتطلب أقصى قوة قبض، تؤدي إلى توزيع أكثر توازنًا للقوة بين اليدين. علاوة على ذلك، تؤكد على أهمية راحة اليد في المناورات التوجيهية، خاصة في السيناريوهات التي قد تؤثر فيها التثبيت الخارجي على دقة التوجيه. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم ديناميات اليدين في مهام القيادة وتقترح أن كلتا اليدين تعملان بشكل فعال في التوجيه دون الاعتماد الكبير على اليد المسيطرة.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على قابلية تعميم وتفسير نتائجها. أولاً، تألفت العينة حصريًا من المشاركين من اليد اليمنى، مما يثير مخاوف بشأن قابلية تطبيق النتائج على الأفراد من اليد اليسرى. ثانيًا، كانت مهمة محاكي القيادة محصورة في وحدة المرور عبر الأقماع، مما يحد من تقييم أداء التوجيه في هذا السياق المحدد. وبالتالي، قد لا تعكس خصائص توزيع القوة الملاحظة بدقة تلك التي يتم مواجهتها في سيناريوهات القيادة الحضرية الأكثر تعقيدًا التي تتطلب تجنب المخاطر.
بالإضافة إلى ذلك، لم تقم الدراسة بتطبيع بيانات الضغط بواسطة أقصى قوة قبض طوعية على عجلة القيادة، مما يقيد تفسير مستويات التنشيط النسبية بين المشاركين. علاوة على ذلك، لم تأخذ التحليلات في الاعتبار التباينات في وضع القبض ووضع اليد على عجلة القيادة، على الرغم من الأدلة من الأبحاث السابقة التي تشير إلى اختلافات كبيرة بين الأفراد في وضع اليد أثناء مهام القيادة. يجب أن تهدف الأبحاث المستقبلية إلى استكشاف خصائص القوة في حالات القيادة الحضرية التي تتطلب مناورات توجيه سريعة وزوايا أكبر، مع تضمين مجموعة متنوعة من المشاركين تشمل السائقين من اليد اليسرى وأخذ الاختلافات الفردية في وضع القبض في الاعتبار.
DOI: https://doi.org/10.11596/asiajot.22.18
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Rikiya Shirato et al.
Primary Topic: Human-Automation Interaction and Safety
Overview
This study investigated the force distribution between the dominant and nondominant hands during low-load, two-handed steering using high-sensitivity capacitive pressure sensors. A total of 27 healthy participants performed a pylon-passing task in a driving simulator, with force data collected from sensors placed on the thumbs, finger pulps, and palms of both hands. The analysis revealed no significant differences in the total, maximum, or average forces applied by either hand, nor did individual sensor measurements show variation between the dominant and nondominant hands.
The results indicated that the palm was the primary area of force application, contributing the most to the overall force distribution in both hands. Additionally, no significant correlations were found between the steering balance of the task and the forces exerted by the hands. These findings suggest that both hands contribute similarly to steering tasks, with the palm playing a crucial role in the steering process, regardless of hand dominance.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of driving in daily life and the impact of sudden inability to drive due to illness or injury. It emphasizes that driving requires a complex integration of cognitive, neurological, and musculoskeletal systems, with safe operation relying on adequate range of motion in the upper and lower extremities for tasks such as steering and braking. The literature indicates a heightened risk of at-fault accidents among individuals with musculoskeletal disabilities, particularly those affecting the upper extremities, where immobilization for treatment can impair driving ability.
Previous studies have explored various aspects of steering performance, including the effects of immobilization on driving ability. Notably, research by Gregory et al. demonstrated that immobilization of the dominant hand negatively impacts response to hazards more than that of the nondominant hand, suggesting the dominant hand’s greater contribution to steering. However, there remains a gap in quantitatively assessing the force characteristics exerted by both hands during steering. This study aims to address this gap by analyzing force distribution in healthy participants using a high-sensitivity capacitive pressure sensor in a driving simulator, while also investigating the influence of age on hand forces during driving. The findings are expected to enhance understanding of the functional characteristics necessary for effective steering operations.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental and analytical approaches employed in the study. It details the design of the experiments, including the selection of participants, materials used, and the specific procedures followed to ensure consistency and reliability. Statistical analyses were conducted to evaluate the data, with particular attention given to the choice of tests that align with the research questions posed.
Additionally, the section describes any mathematical models or equations utilized to interpret the results, ensuring clarity in how these models were applied. The methodology emphasizes rigorous controls and replicability, which are critical for validating the findings of the research. Overall, the methods employed are designed to provide a robust framework for understanding the phenomena under investigation.
Results
The results of the study indicate no significant differences in total force (Δ = -1.003 N, p = 0.517), maximum force (Δ = 0.935 N, p = 0.532), and average force (Δ = -0.167 N, p = 0.517) between the dominant and nondominant hands. Similarly, force measurements across individual fingers and the palm also showed no significant differences, with the highest median force values recorded on the palm for both hands. The percentage contribution to total force was greatest in the palms, while the small finger had the highest mean contribution in the dominant hand, contrasting with the middle finger’s dominance in the nondominant hand.
Additionally, the analysis revealed no significant correlations between the “left-right balance” of the Steering operation test and force values for either hand, nor were there significant correlations between age and force values in both hands. Specifically, correlations with age for total, maximum, and average force values were not statistically significant, indicating that age does not appear to influence force production in this context. Overall, these findings suggest a consistent performance in force metrics across both hands and no impact from age or lateral balance on force generation.
Discussion
In this study, the force distribution of the dominant and nondominant hands during a two-handed steering task in a driving simulator was quantitatively assessed using a high-sensitivity capacitive pressure sensor. The sample comprised 27 healthy participants, all of whom were right-handed and had no history of upper extremity injuries or neuromuscular disorders. The findings revealed no significant differences in the total, maximum, or average force values applied by the dominant versus nondominant hands, indicating that both hands contribute similarly during low-load steering operations. Additionally, no correlation was found between the “left-right balance” in steering performance and the forces applied by either hand, nor was there a significant relationship between age and force application.
The results suggest that during the steering task, the palm plays a critical role, as it exhibited the highest force application compared to the fingers. This contrasts with previous studies that reported greater force contributions from the dominant hand in static gripping tasks. The study highlights that the dynamic nature of steering, which does not require maximum grip strength, leads to a more balanced force distribution between the hands. Furthermore, it emphasizes the importance of the palm in steering maneuvers, particularly in scenarios where external immobilization may impair steering accuracy. Overall, the findings contribute to understanding hand dynamics in driving tasks and suggest that both hands function effectively in steering without significant reliance on the dominant hand.
Limitations
The study presents several limitations that may affect the generalizability and interpretation of its findings. Firstly, the sample consisted exclusively of right-handed participants, which raises concerns about the applicability of the results to left-handed individuals. Secondly, the driving simulator task was confined to a pylon-passing module, limiting the assessment of steering performance to this specific context. Consequently, the force distribution characteristics observed may not accurately reflect those encountered in more complex urban driving scenarios that require hazard avoidance.
Additionally, the study did not normalize pressure data by the maximum voluntary grip force on the steering wheel, which constrains the interpretation of relative activation levels among participants. Furthermore, the analysis did not consider variations in grasping mode and hand positioning on the steering wheel, despite evidence from prior research indicating significant inter-individual differences in hand placement during driving tasks. Future research should aim to explore force characteristics in urban driving situations that necessitate rapid steering maneuvers and larger angles, while also incorporating a diverse participant pool that includes left-handed drivers and accounting for individual differences in grip position.