I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 ,   p p .   1576 ~ 1 5 8 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 3 . pp 1 5 7 6 - 1 5 8 7           1576       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Enha ncing   sE M G   finger g est ure  re co g nition us ing  optimized   1D - co nv o lutiona l neural net wo rk       Da niel  Su t o po   P a m un g k a s ,   Su m a ntr i K .   Ris a nd riy a   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   P o l i t e k n i k   N e g e r i   B a t a m ,   B a t a m,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 8 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Ma r   3 1 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   2 6 ,   2 0 2 6       Ro b u s t  a n d   p re c ise   fi n g e r  g e s t u re   re c o g n i ti o n   u s i n g   s u rfa c e   e lec t r o m y o g ra p h y   (sE M G )  is   e s se n t ia l  f o r   d e v e lo p i n g   i n t u it i v e   p r o s t h e t ic   c o n t r o l   s y s tem s .   Ho we v e r,   sEM G   sig n a ls  a re   in h e re n tl y   st o c h a stic  a n d   n o n - sta ti o n a ry ,   p o sin g   sig n ifi c a n t   c h a ll e n g e s  f o r  h ig h - a c c u ra c y   c las sifica ti o n   in   fi n e - g ra in e d   m o v e m e n ts.  Th is  st u d y   p r o p o se s  a n   o p t imiz e d   1 D  c o n v o lu t io n a l  n e u ra l   n e two rk   (1 D - CNN )   fra m e wo rk   f o r  c las sify in g   2 0   d isti n c t   fin e - g ra in e d   fi n g e r   g e stu re s  u sin g   ra w  sEM G   d a ta  f ro m   a n   8 - c h a n n e l   we a ra b le  M y o   Arm b a n d   se n s o r.   Un li k e   trad it i o n a l  m e th o d s  th a t  re ly   o n   m a n u a l  fe a tu re   e n g i n e e rin g ,   th e   p ro p o se d   1 D - CNN   p e rfo rm s  e n d - to - e n d   lea rn i n g   to   a u t o m a ti c a ll y   e x trac t   tem p o ra l  fe a tu re s.  Th e   re se a rc h   sp e c ifi c a ll y   in v e stig a tes   th e   imp a c t  o f   tem p o ra l  wi n d o win g   stra teg ies ,   ra n g in g   fro m   4 0 0   to   7 5 0   m s,  o n   m o d e l   p e rfo rm a n c e .   Ex p e rime n tal  re su lt s  d e m o n stra te  th a t   th e   o p ti m ize d   1 D - CNN   a c h iev e s  a   p e a k   tes t  a c c u ra c y   o f  9 4 . 4 %   wit h   a   5 5 0   m s  win d o w  siz e ,   d e m o n stra ti n g   th e   m o d e l’s   ro b u stn e ss   a c ro ss   c o m p lex   g e stu re   c las se s  a n d   sig n ifi c a n t ly   o u tp e rf o rm in g   t h e   b a se li n e   p ri n c ip a l  c o m p o n e n t   a n a ly sis -   su p p o rt  v e c to r  m a c h in e   ( P CA - S VM )   m e th o d   wh ich   o n ly   a tt a in e d   7 3 . 0 %   a c c u ra c y .   Wh i le  t h e   m o d e l  a c h ie v e d   p e rfe c t  c las sifica ti o n   (1 0 0 % )   fo r   i n d e x ,   m id d le,  a n d   li tt le  fin g e r  m o v e m e n ts,  a   p e rfo rm a n c e   d r o p   wa s  o b se rv e d   i n   th u m b   re c o g n it i o n   ( 5 0 % )  d u e   to   m u sc u lar  c ro ss talk   fr o m   d e e p e r  a n a to m ica l   lay e rs.  T h e se   fin d in g s  in d ica te  th a t  th e   in teg ra ti o n   o f  o p ti m ize d   win d o win g   a n d   1 D - CNN   a rc h it e c tu re s  p r o v i d e s  a   h ig h l y   re li a b le  so lu ti o n   f o r   c o m p lex   larg e - sc a le  g e stu re   r e c o g n it i o n ,   o ffe rin g   a   r o b u st  f o u n d a ti o n   fo r   th e   n e x t   g e n e ra ti o n   o f  m u lt i - f u n c ti o n a l  p ro sth e ti c   h a n d s.   K ey w o r d s :   Fifth   win d o win g   o p tim izatio n   First s E MG   Fo u r th   h u m an   m ac h in e  in ter ac tio n   Seco n d   1 D - C NN   T h ir d   h a n d   g estu r e  r ec o g n itio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Dan iel  Su to p o   Pam u n g k as   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Po litek n ik   Neg er i Bat am   J l A   Yan i,  B atam   2 9 4 3 2 ,   I n d o n esia   E m ail: d an iel@ p o lib atam . ac . i d       1.   I NT RO D UCT I O N   Hu m an - co m p u ter   in ter ac tio n   ( HC I )   h as  ev o lv ed   f r o m   in ter f ac e - b ased   tex t  an d   g r ap h ics  to   in ter ac tio n - b ased ,   m o r e   n atu r al,   an d   i m m er s iv e  [ 1 ] .   Ha n d   g estu r e  r ec o g n itio n   ( HGR)  r ep r esen ts   a  p iv o tal  co m p o n en t  in   co n tem p o r ar y   i n ter ac tio n   tech n o lo g y .   T h is   is   b ec au s e  th e  h an d   h as  m a n y   d eg r ee s   o f   f r ee d o m   ( Do F),   allo win g   p e o p le  to   c o m m u n icate   in   c o m p lex   way s   with o u t  wo r d s   an d   to   m o v e  th in g s   with   g r ea t   ac cu r ac y .   HGR  im p lem en tatio n   in clu d es  a   wid e  r an g e   o f   ap p licatio n s ,   f r o m   co n tr o l - h an d   p r o s th etics   [ 2 ] ,   [ 3 ] ,  an d   n ew  n a v ig atio n   en v ir o n m en ts   to   v ir tu al  r ea lity   ( VR )   a n d   a u g m en te d   r ea lity   ( AR )   s y s tem s   [ 4 ] ,   [ 5 ] ,   a n d   to u ch less   s y s tem   co n tr o l f o r   m ed ical  eq u ip m e n t   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   All th ese  m ee t stric t ster ilit y   s tan d ar d s .   T h e  q u ality   o f   th e  d ata  co llect ed   d u r in g   HGR  d ev elo p m e n t  d ep en d s   o n   t h e  s en s o r s   ch o s en .   A  d ata - b ased   ( v is io n - b ased )   m eth o d   t h at  u s es  a   ca m er a   d ep th   s en s o r   o r   an   in f r ar ed   s en s o r   is   o f ten   lim ited   b y   lin e - of - s ig h t  is s u es,  ch an g in g   lig h tin g   co n d itio n s ,   an d   th e  n ee d   f o r   s u b s tan tial  p r o ce s s in g   p o wer   to   h an d le  h ig h - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s E MG   fin g er g estu r e  r ec o g n itio n   u s in g   o p timiz ed   …   ( Da n iel  S u to p o   P a mu n g k a s )   1577   r eso lu tio n   im ag es   [ 8 ] .   W ea r ab le  s en s o r s   lik e  in e r tial  m ea s u r em en t  u n its   ( I MU s )   [ 9 ]   a n d   E lectr o m y o g r a p h y   ( E MG ) ,   o n   th e   o th e r   h an d ,   a r e  b etter   at  h a n d lin g   en v ir o n m en tal  ch an g es  an d   allo w  p e o p le  to   m o v e  m o r e   ea s ily   [ 1 0 ] .   E lectr o m y o g r ap h y   o r   s u r f ac e  elec tr o m y o g r ap h y   ( s E MG )   is   a  tech n o lo g y   th at  r ec o r d s   th e  b io elec tr ic  ac tiv ity   o f   m u s cle  f ib er s   d u r in g   co n tr ac tio n   a n d   r ela x atio n   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   s E MG   ac q u is itio n   is   n o n - in v asiv e  a n d   a   g o o d   f it  f o r   wea r a b le  tech n o lo g ies  lik e  m y o - ar m b an d s   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   B ec au s e  th e  s ig n al   o r ig in ates  in   th e  m o t o r   co r tex   an d   tr av els  th r o u g h   th e  s p in al  n er v es  to   t h e  m o to r   u n its   o f   m u s cles,  s E MG   is   th o u g h t  to   b e  p a r ticu lar l y   im p o r tan t  in   HGR   [ 1 5 ] .   T h is   lets   th e  HGR  s y s tem   f ig u r e  o u t  wh at  a  p er s o n   wan ts   ( an tic ip atio n )   ev e n   wh en   th ey   ar e  m o v in g   ar o u n d   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   Fin e  m o to r   m o v em en ts   ar e   d el icate   in   th is   co n tex t;  th e   m ain   p r o b lem s   lie   in   th e   co m p lex   a n ato m y   o f   th e  lo wer   ar m   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   T h e  m u s cles  th at  m o v e  th e  f in g er s   an d   h a n d s ,   s u ch   as  f lex o r   d ig i to r u m   s u p e r f icialis   ( FDS),   f lex o r   d ig ito r u m   p r o f u n d u s   ( FDP),   a n d   ex ten s o r   d ig i to r u m ,   ar e  cl o s e  to   ea c h   o t h er   an d   o f ten   o v er lap   [ 2 0 ] .   W ith   eig h t  s en s o r   ch an n els  th at  wr ap   a r o u n d   th e   ar m ,   th e  M y o   Ar m b an d   lets   th e  u s er   s en d   s p atial  s ig n als  f r o m   th eir   m u s cles  s i m u ltan eo u s ly .   Ho wev er ,   b ec a u s e  s m all  m u s cle s   ar e  s o   clo s e  to g eth er ,   th ey   ca n   “ cr o s s talk , ”   m ea n in g   th at  s en s o r s   in   o n e  m u s cle  ca n   d etec t  a ctiv ity   in   a  n ea r b y   m u s cle.   T h is   is   b ec au s e  E MG   s ig n als  f r o m   m o v in g   d if f er e n t  f in g er s ,   s u ch   as  th e  litt le  f in g er   an d   th e  th u m b ,   lo o k   v er y   s im ilar   [ 1 8 ] ,   [ 2 1 ] .  T h is   s p atial  in ter f er en ce ,   k n o wn   as  m u s cu lar   cr o s s - talk ,   is   ex ac er b ate d   in   f in e - g r ain ed   task s   in v o lv in g   2 0   d if f er en t  class es.  C o n v en tio n al  f ilter s   an d   h eu r is tic - b ased   th r esh o ld in g   ar e  o f ten   in s u f f icien t  to   d ec o u p le   th ese  o v er lap p in g   n eu r al  d r iv es.  C o n s eq u en tly ,   th er e  is   an   u r g en t  n ee d   f o r   a  co m p u tatio n al  f r am ewo r k   th at   ca n   au to n o m o u s ly   lear n   d ee p   laten t  r ep r esen tatio n s   f r o m   r a w  d ata,   e f f ec tiv ely   “ lear n in g ”   to   i g n o r e  th e   n o is e   an d   f o c u s   o n   th e   u n iq u e  tem p o r al  s ig n atu r es o f   ea ch   f i n g er ' s   m o to r   u n it r ec r u itm en t.   T h is   s tu d y   e x am in es  u s in g   s E MG   b ec au s e  it  ca n   p r o v id e   in f o r m atio n   ab o u t  “ in ten tio n . ”   A t  2 0   Hz   o n   th e  My o   Ar m b an d ,   ea ch   ch a n n el  g iv es  th e   u s er   a   lo t  o f   i n f o r m atio n .   T o   ac co u n t  f o r   t h e  v ar iab ilit y   i n   th e   s E MG   s ig n al,   wh ich   is   n o n - s tatio n ar y   an d   s to ch asti c,   th e  u s er   n ee d s   a  p r ec is e  p r o ce s s in g   win d o w  an d   p r ec is e   tim in g   f o r   ca tch   ch a r ac ter is tics   th at  d if f er   ac r o s s   th e  2 0   f in e - g r ain e d   f in g er   g estu r es  o f   f in g er   m o v em en t     ( 5   f in g er s )   with   o p en   an d   cl o s e  ac tio n s   [ 2 2 ] .   T o   m a k e  p r o s th etics  th at  ar e  m o r e  r esp o n s iv e  an d   ac cu r ate,   th e   u s er   n ee d s   to   k n o w  a  lo t a b o u t   h o w  E MG   s ig n als s h o w  m u s c le  co n tr ac tio n   in   th e  lo wer   a r m   [ 2 3 ] .   His to r ically ,   E MG - b ased   h an d   m o v em e n t  p atter n   r ec o g n it io n   h as  r elied   o n   tr ad itio n al   m ac h in e   lear n in g   ( ML )   m eth o d s   th at  n ec ess itate  ex ten s iv e  f ea tu r e  en g in ee r in g   [ 2 4 ] .   L i n ea r   d i s cr im in an t  a n aly s is   ( L DA)   [ 2 5 ] ,  s u p p o r t  v ec to r   m ac h in e  ( SVM)   [ 2 6 ] ,   an d   k - n ea r est  n eig h b o r s   (k - NN)   [ 2 7 ]   ar e  all  ex am p les  o f   co n v en tio n al  m ac h in e  lear n in g   ( ML )   alg o r ith m s   th at  h av e  b ec o m e  s tan d ar d   in   th e  last   ten   y ea r s   b ec au s e  th ey   ar e  ea s y   to   u s e.   L DA  m eth o d   is   o f ten   ch o s en   b ec au s e  it  i s   ea s y   to   u s e  an d   wo r k s   q u ick ly .   Ho wev er ,   it  d o es  n o t  wo r k   as  well  wh en   th er e   ar e  m an y   m o v e m en t  class es  o r   wh en   th e  d ata  is   h i g h ly   v a r iab le   [ 2 8 ] .   SVMs   wo r k   v er y   well,   esp ec ially   o n   s m all  o r   lo w - d im en s io n al  d atasets .   Ho wev er ,   ch o o s in g   th e  r ig h t  k er n el  an d   tu n in g   h y p e r p ar am eter s   ca n   b e  d if f icu lt  a n d   tim e - co n s u m in g   [ 2 9 ] .   k - NN  an d   Naiv e  B ay es  alg o r ith m s   ar e   ea s y   to   u s e  b u t  ar e  s u s ce p tib le   to   n o is e  a n d   r eq u ir e   ca r ef u l   f e atu r e  p r e p r o ce s s in g   [ 3 0 ] .   Alth o u g h   f u n d am en tal,   s h allo w  ANNs  g en er ally   r eq u ir e  m an u al  e x tr ac tio n   o f   tim e - d o m ain   ( T D)   o r   f r e q u en c y - d o m ain   ( FD)   f ea tu r e s   to   ac h iev e  o p tim al  ac cu r ac y  [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] .   A  p r in cip al  co n s tr a in t  o f   th ese  co n v en tio n al  m et h o d o lo g ies  is   th eir   r elian ce   o n   m an u al  f ea tu r e  e x tr ac tio n   o r   f ea tu r e  en g i n ee r in g   [ 3 3 ] .   I n s u f f icien t  f ea tu r e  en g in ee r in g   h am p er s   class if icatio n   p er f o r m an ce ,   esp ec ially   f o r   i n tr icate   f in g er   m o v em en ts   c h ar ac ter ized   b y   s u b s tan tial  cr o s s talk   am o n g   m u s cle  s ig n als.  Desp i te  th eir   wid esp r ea d   u s e,   tr ad itio n al  ML   alg o r ith m s   s u f f er   f r o m   a  s ig n if ican t   ' in f o r m atio n   b o ttlen ec k '   d u e  to   th eir   r elian ce   o n   s tatio n ar ity   ass u m p tio n s .   s E MG   s ig n als,  p ar ticu lar ly   d u r i n g   m u lti - f in g er   m o v e m en ts ,   ex h i b it  n o n - lin ea r   an d   d y n am ic  ch ar ac ter is tics   th at  s tatic  f ea tu r e   s ets  ( lik e  MA V  o r   R MS)   f ail  to   ca p tu r e  en tire ly .   Fu r th er m o r e,   th e  m a n u al  s elec tio n   o f   f ea tu r es  o f ten   in tr o d u ce s   h u m an   b ias,  wh er e  ce r tain   f r eq u en cy   co m p o n en ts   o r   tem p o r al  s h if ts   ar e  o v er lo o k ed ,   lead in g   to   d eg r ad ed   p er f o r m an c e   wh en   th e  n u m b er   o f   g estu r e  cl ass es in cr ea s e s .   A  lo t  o f   p r ep r o ce s s in g   is   n ee d ed   f o r   tr ad itio n al  ML   m eth o d s .   Featu r e  en g in ee r in g   ( m an u al  f ea tu r e   ex tr ac tio n ) .   T h e  r esear ch er   m u s t  d eter m in e  th e   m o s t  r e p r esen tativ e  f ea tu r es  f r o m   th e  tim e  d o m ain ,   in clu d in g   m ea n   ab s o lu te   v alu e   ( MA V) ,   r o o t  m ea n   s q u a r e  ( R MS) ,   an d   ze r o   c r o s s in g   ( Z C ) ,   o r   f r o m   th e   f r e q u en cy   d o m ain   u tili zin g   th e  f ast  Fo u r ier   tr an s f o r m   ( FF T )   [ 8 ] .   T h is   p r o ce s s   is   "h an d cr af ted , "   m ea n in g   th at  th e  ef f ec tiv en ess   o f   th e  f ea t u r es  d ep en d s   h ea v ily   o n   th e   s k ill  o f   t h e  p e r s o n   p er f o r m in g   i t  an d   o f ten   m is s es  co m p lex   tem p o r al  r elatio n s h ip s   in   th e  r aw  E MG   d ata.   Als o ,   d im en s io n - r e d u ctio n   tech n iq u es su ch   as  p r in cip al  co m p o n en t  an aly s is   ( PC A)   ar e  o f ten   u s ed   to   s im p lif y   co m p lex   d ata   [ 3 4 ] .   Ho wev e r ,   th ey   r is k   lo s in g   im p o r tan t   in f o r m atio n   ab o u t m o v em en ts ,   s u ch   as th o s e  v er y   s im ilar   to   f in g er   m o v em e n ts .   Dee p   l ea r n in g   ( DL )   h as  b ec o m e  a  m o r e  e f f ec tiv e  m eth o d   o v er   th e  p ast  ten   y ea r s ,   e n ab lin g   th e   au to m atic  lear n i n g   o f   f ea tu r es   f r o m   r aw   d ata  o r   with   m in i m al  p r ep r o ce s s in g   [ 2 4 ] ,   [ 3 5 ] .   DL   s p ec if ically   th e   co n v o l u tio n al  n eu r al  n etwo r k   ( C NN)   ar ch itectu r e,   r ep r esen ts   a  p ar ad ig m   s h if t  th r o u g h   au to m atic  f ea tu r e   lear n in g   [ 3 6 ] – [ 3 8 ] ,   an d   a  1 D   C NN  is   u tili ze d   in   th e  s tu d y .   C NNs  ar e  v er y   g o o d   at  p r o c ess in g   b o th   s p atial   ( im ag e)   a n d   tem p o r al  ( tim e   s er ies)  d ata   [ 3 9 ] .   T h is   a r ch ite ctu r e  lear n s   h ier ar c h ical  r ep r esen tatio n s   d ir ec tly   f r o m   th e   r aw  s ig n al  ( en d - to - e n d ) .   L a y er   c o n v o lu tio n   f u n cti o n s   s er v e  as  au to m atic  f ilter s   th at  d etec t  tem p o r al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 7 6 - 1 5 8 7   1578   p atter n s   with o u t  m an u al  in ter v en tio n .   T h e  o n e - d im en s io n al  ( 1 D)   C NN  ar ch itectu r e  is   p ar ticu lar ly   u s ef u l  f o r   E MG   d ata,   wh ich   co n s is ts   o f   m u ltich an n el  tim e - s er ies  s ig n als.  I n   co n tr ast  to   SVM,   wh ic h   ex h ib its   h ig h   b ias   wh en   co n f r o n ted   with   2 0   class es  with   o v er lap p in g   f ea tu r e s ,   C NN  ca n   estab lis h   a  m o r e   in tr icate   d ec is io n   b o u n d ar y   u s in g   m illi o n s   o f   o p tim ized   p ar am eter s .   Als o ,   tr ad itio n al  ML   m eth o d s   ar e  o f ten   s tatic   an d   h ar d   to   ad ap t  to   th e  n o r m al  s ig n a l  d r if t  in   b io lo g ical  E MG   d ata.   Dee p   l ea r n in g ,   o n   th e  o th er   h an d ,   ca n   g en e r alize   b etter   th an k s   to   tech n iq u es  lik e   d r o p o u t  an d   b atch   n o r m aliza t io n .   I n   th is   r esear ch ,   th e  s wit ch   f r o m   SVM  ( wh ich   ac h iev ed   o n ly   ab o u t  7 3 %  ac cu r ac y )   [ 2 6 ]   to   a   1 D  C NN  is   u s ed   to   lev er a g e  th e  m o d el's  ab ilit y   to   d etec t  m icr o - tem p o r al  p atter n s   th at   m an u al  f ea tu r e  s tatis tics   ca n n o t.  T h is   is   v er y   im p o r tan t  f o r   d is tin g u is h in g   th e  "o p en in g "  a n d   "c lo s in g "  ac tio n s   o f   th e  f i n g er s ,   wh ich   ar e  co n tr o lled   b y   o v er lap p in g   m u s cles.   T h e  1 D   C NN  ar ch itectu r e   is   b ased   o n   ef f icien t  co m p u tatio n   an d   its   u s ef u ln ess   f o r   tim e - s er ies  d ata.   Un lik e  ar ch itectu r e ,   r ec u r r e n t  n eu r al   n etwo r k   ( R NN)   o r   L STM ,   wh ich   o f ten   n ee d   lo n g er   tr ain in g   an d   a r e  m o r e  lik ely   to   r u n   in t o   th e  v an is h in g   g r a d ien t  p r o b lem ,   1 D  C NN s   ca n   p r o ce s s   d ata  m o r e  q u ic k ly   an d   i n   p ar allel  th r o u g h   tem p o r al  co n v o lu tio n .   Au to m atic  f ea tu r e   e x tr ac tio n :  1 D   C NNs  u s e  co n v o lu tio n al  lay e r s   to   au to m atica lly   f in d   t h e  m o s t  d i s cr im in ativ e  tem p o r al  p atter n s   ( k er n els)  in   E MG   s ig n als.   T h is   r ed u ce s   th e   n ee d   f o r   m an u al  f ea tu r e  en g i n ee r in g ,   wh ich   ca n   b e  er r o r - p r o n e   [ 4 0 ] .   Ma n ag in g   tem p o r al  d e p en d en cies :  1 D  k er n els  n atu r ally   ca p tu r e  tim e - b ased   d ep en d e n cies  an d   s h o r t - ter m   ch an g es  ass o ciate d   with   m u s cle  m o v em en t  [ 4 1 ] .  B etter   p er f o r m a n ce :  R ec en t  r e s ea r ch   s h o ws  th at  1 D  C NNs  ar e  m o r e   ac cu r ate  a n d   s tab le  t h an   tr ad itio n al  ML   m eth o d s ,   esp ec ially   wh en   th e  s u b ject  o r   en v ir o n m en t  c h an g es   [ 4 2 ] .   T h is   m ak es  it   a  g o o d   ch o ice   f o r   a n   ap p licatio n - in tr o d u ctio n   g estu r e  th at  r eq u ir es  lo w  laten c y .   1 D  C NN  ef f ec tiv ely   ex tr ac ts   s p atial  in ter s en s o r y   ( 8   My o   ch an n els)  an d   tem p o r al  f ea tu r es,  m ak in g   it  well - s u ited   f o r   p r o ce s s in g   co m p lex   m o tio n   d atasets   o f   f in g er s .   T h e  s tu d y ' s   n o v elty   p r im ar il y   r esid es  in   th r ee   ess en tial  asp ec ts :  f ir s tly ,   th e  class if ica tio n   o f   2 0   d is tin ct  f in e - g r ai n ed   g estu r es;  in   co n tr ast  to   m o s t  HGR  s tu d ies  th at  u tili ze   o n ly   5 - 7   g estu r es,  th is   s tu d y   em p lo y s   h an d   r o u g h n ess .   I n v esti g ate  th e  clas s if icatio n   p r ec is io n   f o r   ea ch   f in g er   in d iv i d u a lly   ( o p en   an d   clo s e   ac tio n s ) .   Seco n d ,   th e  s tu d y   f o u n d   th at  a  5 5 0   m s   win d o w  is   b est  f o r   b alan ci n g   r eso lu ti o n   in f o r m atio n   an d   m o d el  s tab ilit y .   T h is   win d o w  is   b etter   th an   th e  s tan d a r d   6 0 0   m s   win d o w.   T h ir d ,   in co r p o r atio n   o f   a  lear n in g   r ate  s ch ed u l er   in to   E MG   Da ta:  E x ec u tio n   o f   a   r ate - ad a p t iv e  lear n in g   s ch e d u le  d em o n s tr ated   s u b s tan tial  im p r o v em e n t in   m o d el  co n v er g en ce   s tab ilit y   o n   v ar iab le  b i o - s ig n al  d ata,   ac h iev i n g   a  test   a cc u r ac y   o f   9 4 . 4 %.   T h e  m a in   g o al   o f   th is   p r o je ct   i s   t o   d ev el o p   a n d   d e p l o y   a   1 D   C NN  a r ch ite ct u r e   t h at   r el ia b l y   r e co g n iz es  p at te r n s   o f   f i n g er   o p e n i n g   a n d   cl o s i n g   m o t io n   b y   e x t r a cti n g   f ea tu r es   f r o m   r aw   s E MG   d ata .   T h e   g o a l   o f   t h is   r es ea r c h   is   t o   b u i ld   a  m o d el   t h at   a u t o m ati ca l ly   r e co g n i ze s   2 0   d i f f er en t   f i n g e r   m o v e m e n ts   u s in g   a n   e n d - to - e n d   lea r n i n g   a p p r o ac h .   T h is   w o u l d   r ed u ce   t h e   n ee d   f o r   m a n u al   f e atu r e  ex tr ac t io n ,   a  co m m o n   p r ac ti ce   i n   tr ad iti o n al   m et h o d s .   T h is   s tu d y   als o   s o u g h t  t o   i d e n ti f y   t h e  o p ti m al   i n p u t  p a r a m et e r s   b y   c o m p ar in g   t h e  c lass i f i ca t io n   p e r f o r m a n c e  o f   w in d o w   s iz es  o f   6 0 0   m s   a n d   5 5 0   m s .   T h is   w as  d o n e  to   m a k e   s u r e   t h e   c o n t r o l   w o r k e d   p e r f ec t ly .   T h is   r esear ch   aim s   to   e v alu ate  s y s tem   s tab ilit y   b y   im p l em en tin g   a   lear n in g   r ate  s ch ed u ler   an d   an aly zin g   its   im p ac t  o n   th e  v alid atio n   ac cu r ac y   cu r v e  d u r in g   m o d el  d ev elo p m en t.  T h is   is   cr u cial  f o r   m ed ical   r o b o ts   b ec au s e  th ey   n ee d   to   en s u r e  th at  co n tr o l  r em ain s   co n s is ten t  an d   wo r k s .   T h is   s tu d y   aim s   to   p r o v id e   em p ir ical  ev id e n ce   o f   th e  s u p er io r ity   o f   d e ep   lea r n in g   tech n iq u es  o v e r   tr a d itio n al   m ac h in e   lear n i n g   alg o r ith m s ,   s u ch   as  L DA  a n d   SVM.   T h is   r esear ch   s ee k s   t o   ad v an ce   th e  d ev elo p m en t  o f   m o r e  r esp o n s iv e  a n d   in tu itiv e  p r o s th etic  h a n d   tech n o lo g y   b y   d em o n s tr atin g   s ig n if ican t  ac cu r ac y   im p r o v em e n ts   o v er   tr a d itio n al   PC A - SV M  m eth o d o lo g ies.   T h is   ar ticle  will  b e  s tr u ctu r ed   as  f o llo ws:   s ec tio n   1   is   i n tr o d u ctio n .   I t  d escr ib es  th e  b ac k g r o u n d   o f   th e  s tu d y ,   th e  u r g e n cy   o f   u s in g   s E MG   s ig n als  f o r   p r o s th etic  co n tr o l,  th e   lim itatio n s   o f   t r ad itio n al  m eth o d s ,   an d   th e  n o v elty   a n d   p u r p o s e   o f   th e  1 D  C NN  ar ch itectu r e.   T h is   is   f o llo wed   b y   s ec tio n   2 :  m ater ials   an d   m eth o d s ,   wh ich   ex p lain   in   d e tail  th e  d ata - ac q u is itio n   p r o ce d u r e  u s in g   th e  My o   Ar m b an d ,   th e  ex p er im en tal   p r o to co l  f o r   2 0   f in g er   m o v em en ts ,   s ig n al  p r ep r o ce s s in g   tech n iq u es,  in clu d in g   win d o win g   an d   s eg m en tatio n ,   an d   th e   d esig n   o f   t h e  p r o p o s ed   1 D  C NN  s y s tem   ar ch itectu r e.   T h e  f ir s t  p ar t  is   f o llo wed   b y   a  c o m p r e h en s iv e   an aly s is   o f   th e  e x p er im e n tal  r esu lts   in   th e  r esu lts   an d   d is cu s s io n   s ec tio n   an d   f in ally   th e  c o n clu s io n   an d   f u tu r e   wo r k s   s ec tio n ,   wh er e  th is   s ec tio n   s u m m ar izes  th e  m ain   f in d in g s   o f   th e  s tu d y   r eg ar d in g   t h e  ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   m o d el   an d   p r o v i d es  s tr ateg ic  d ir ec tio n s   f o r   th e   d ev elo p m en t   o f   m o r e   p r ec is e   p r o s th etic  c o n tr o l   s y s tem s   in   th e  f u tu r e.       2.   M E T H O D    T h is   ch ap ter   d elin ea tes  s y s te m atic   r esear ch ,   en co m p ass in g   th e   d ata   ac q u is itio n   p r o ce d u r e,   s ig n al   p r ep r o ce s s in g ,   s ig n al  d etec tio n ,   th e   im p lem en tatio n   o f   a  1 D - C NN  ar ch itectu r e,   an d   th e   o p tim izatio n   s tr ateg y   em p lo y ed   t o   en h an ce   2 0 - class   class if icatio n   ac r o s s   2 0   g estu r e  class es.  T h e  d ata  co llectio n   m eth o d s   in   s tu d ies  ar e  g r o u n d e d   in   d ev elo p m en t  p r o to co ls   p r ev io u s ly   v alid ated   b y   Dela   et  a l.   [ 2 6 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s E MG   fin g er g estu r e  r ec o g n itio n   u s in g   o p timiz ed   …   ( Da n iel  S u to p o   P a mu n g k a s )   1579   T h e  My o   Ar m b an d   ( T h alm ic  L ab s   I n c. )   is   u s ed   to   ac q u ir e  t h e  s E MG   s ig n al.   T h is   d ev ice   is   ch o s en   b ec au s e  it  is   wir ele s s ,   n o n - in v asiv e,   an d   ea s y   to   u s e  f o r   w ea r ab le  ap p licatio n s   [ 4 3 ] .   T h e   My o   Ar m b an d   h as   eig h t  s E MG   s en s o r   ch a n n els  with   d r y   elec tr o d es  wr a p p ed   ar o u n d   th e   s u b ject' s   lo wer   ar m .   T h e   s ig n als  we  co llected   h av e  8 - b it  r eso lu tio n   an d   a  s am p lin g   r ate  o f   2 0 0   Hz,   an d   th ey   ar e  s en t  th r o u g h   a  B lu eto o th   lo w  en er g y   ( B L E )   m o d u le.   Data   a cq u is itio n   f o r   t h is   p ilo t  s tu d y   was  p er f o r m ed   b y   a  s in g le  h e alth y   m ale   s u b ject   ( ag ed   2 5 )   t o   estab lis h   a  b a s elin e  p er f o r m an ce   f o r   th e   p r o p o s ed   1 D - C NN  ar ch itect u r e  ac r o s s   a  h ig h - d im en s io n al  g estu r e   s p ac e.   W h ile  f o cu s in g   o n   a   s in g le   p ar ticip an t,   th is   s tu d y   p r io r itizes  th e  tech n ical  f ea s ib ilit y   o f   class if y in g   2 0   d i s tin ct  f in e - g r ai n ed   f in g e r   m o v em en ts ,   wh ich   is   s ig n if ican tly   h ig h er   th an   th e   5 - 7  g estu r es  ty p ically   f o u n d   in   e x is tin g   liter atu r e   [ 4 4 ] .   T h is   ap p r o ac h   p r o v id es  a  r ig o r o u s   in iti al  v alid atio n   o f   th e   m o d el' s   f ea tu r e  ex tr ac tio n   ca p ab ilit ies b ef o r e  f u tu r e  ex p an s io n   to   a  b r o a d er   d e m o g r a p h ic.   T h e  s u b ject  is   s ea ted ,   with   th e  r ig h t  ar m   r esti n g   o n   th e   to p   o f   th e   tab le  to   m in im ize  th e  b u r d e n   o n   s tatic  m u s cles  an d   ar tef ac t  m o v em en t.  E ig h t  My o   Ar m b a n d   elec tr o d es  ar e  p o s itio n ed   o n   t h e  f lex o r   d ig ito r u m   s u p er f icialis   m u s cle  an d   th e  e x ten s o r   m u s cles a r o u n d   th e   lo wer   ar m .   T h er e  a r e  2 0   d if f er e n t  way s   f o r   t h e  f i n g er s   t o   m o v e,   ea c h   with   two   m ain   ac tio n s :  o p en in g   a n d   clo s in g .   T h e   d ata   co llectio n   p r o to co l  r eq u ir e d   th e   s u b ject  t o   p er f o r m   ea ch   f in g er   m o v em e n t  f o r   a  d u r atio n   o f   5   s ec o n d s .   T o   k ee p   m u s cles  f r o m   g ettin g   tire d ,   th e  r ela x atio n   p h ase  ( r est)  last s   f iv e  s ec o n d s   b etwe en   m o v em en ts .   T h e  m o v em en t  is   r ep ea ted   u p   to   1 0   tim es  p er   cy cle  to   en s u r e  s u f f icien t  d ata  f o r   tr ain in g   th e   n etwo r k   ( d ee p   n eu r al  n etwo r k ) .   T h e  My o   Ar m b a n d ' s   r aw  d ata   n ee d s   to   b e  clea n ed   an d   s p lit  u p   b ef o r e  it  ca n   b e  u s ed   in   th e   1 D  C NN   m o d el.   T o   ca p tu r e  th e  tem p o r al  d y n am ics  o f   E MG   s ig n als,  a  s lid in g   win d o w  tech n iq u e   [ 4 5 ]   was  u s ed .   B ased   o n   em p ir ical  r esu lts ,   th e  win d o w  s ize  is   s et  to   5 5 0   m s .   At  2 0 0   Hz,   with   a  s am p le  win d o w  o f   1 1 0   p o in ts   p er   ch an n el,   r esu ltin g   in   a n   in p u t  m atr ix   o f   s ize  1 1 0 × 8 .   A  s lid in g   win d o w  tech n i q u e  with   a   5 0 %  o v er lap   was   im p lem en ted   to   s ig n if ican tly   ex p an d   th e  d ataset  s ize,   ad d r ess in g   th e  d ata - in ten s iv e  r e q u ir em en ts   o f   d ee p   lear n in g .   Alth o u g h   th e  in itial   r ec o r d i n g   co n s is ted   o f   1 0   c o n tr o lled   r ep etitio n s   p er   cy cl e  f o r   ea c h   o f   th e    2 0   class es,  th e  win d o win g   an d   o v e r lap   p r o ce s s   au g m en ted   th e  d ataset  in to   th o u s an d s   o f   i n d iv id u al   s eg m en ts .   T h is   s tr ateg y   en s u r es  th at  th e  1 D - C NN  is   ex p o s ed   to   s u f f icien t  tem p o r al  v ar iatio n s ,   th e r eb y   en h an cin g   th e   m o d el' s   g en er aliza tio n   an d   p r e v en tin g   o v er f itti n g   d esp ite  th e  f o cu s ed   n u m b er   o f   p ar ticip an t s .   Kee p   in   m i n d   t h at  th e   s E MG   s ig n al  is   h ig h l y   d e p en d e n t  o n   t h e  s u b ject' s   s k in   an d   co n tr ac tio n   s tr en g th ,   an d   n o r m aliza tio n   is   p er f o r m ed   u s in g   Z - s co r e  Stan d ar d izatio n .   T h is   m eth o d   tr a n s f o r m s   th e  d ata  s o   th at  it  h as  a  m ea n   µ  o f   0   an d   a  s tan d ar d   d e v iatio n   σ   o f   1 .   T h is   h as  b ee n   s h o wn   to   s p ee d   u p   co n v er g e n ce   in   alg o r ith m s   th at  u s e  g r ad ien t d escen t   [ 4 6 ] ,   [ 4 7 ] .     = − µ   ( 1 )     w h er e    is     s co r e,   µ   is   m ea n   an d     is   s tan d ar d   d ev iatio n .   T h is   s tu d y   s u g g ests   s u b s titu tin g   tr ad itio n al  PC A  an d   SVM  with   1 D  C NN s ,   wh ich   ex ce l  at  au to m atica lly   ex tr ac tin g   f ea tu r es  f r o m   tim e - s er ies  d ata  with o u t  r eq u ir in g   i n tr icate   h an d cr af ted   f ea tu r es   [ 4 7 ] .   T h e  1 D  C NN  m o d el  ar ch itectu r e  d ev elo p ed   in   th is   s tu d y   co m p r is es  a  s er ies  o f   in teg r ated   lay er s   f o r   au to m atic   tem p o r al  f ea t u r e  ex t r ac tio n .   T h e  n etwo r k   s tr u ctu r e   b eg i n s   with   a  1 D  c o n v o l u tio n al  lay e r   t h at  u s es  a  tem p o r al  co n v o l u tio n   f ilter   to   ex tr ac t  lo ca l  f ea tu r e   p atter n s   f r o m   t h e  r aw  s E MG   s ig n al,   with   t h e  ap p licatio n   o f   a   r ec tifie d   lin ea r   u n it  ( R eL U)   a ctiv atio n   f u n ctio n   to   in tr o d u c e  n o n - lin ea r ity   in to   th e  m o d el   [ 4 8 ] .   T o   m ain tain   th e  s tab ilit y   o f   th e   tr ain in g   p r o ce s s   o n   f lu ctu atin g   B io   s ig n al  d ata,   a  b atch   n o r m aliza tio n   lay er   is   ad d ed   im m ed iately   af ter   th e   co n v o l u tio n   p r o ce s s   to   n o r m alize   th e  ac tiv atio n s   [ 4 9 ] .   Nex t,  a   p o o lin g   lay er   with   th e   Ma x Po o lin g 1 D   m ec h a n is m   is   u s ed   t o   r ed u ce   th e   s p atial  d i m en s io n ality   wh ile   p r eser v in g   th e  m o s t  d o m in an t   f ea tu r es,  m ak in g   th e  m o d el  m o r e  r o b u s t to   s m all  s ig n al  s h if ts   [ 5 0 ] .   T o   m itig ate  th e   r is k   o f   o v er f i ttin g ,   a  d r o p o u t  la y er   is   ap p lied   with   a  r ate  o f   0 . 5 ,   w h ich   wo r k s   b y   r an d o m l y   tu r n i n g   o f f   n e u r o n s   d u r in g   th e  tr ai n in g   p h ase   [ 5 1 ] .   T h e  ex tr ac ted   h ig h - le v el  f ea tu r es  ar e  th e n   in teg r ated   u s in g   a  f u lly   co n n e cted   lay er   with   3 2   n eu r o n s .   I n   th e  f in al  s tag e,   a  So f tMa x   o u t p u t  lay er   is   u s ed   to   g en er ate  a  p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   th at  class if ies  th e  d ata  in t o   2 0   d is cr ete  f in g er   m o v em en t  class e s   [ 5 2 ] .   T h is   o v er all  co n f i g u r atio n   en ab les   th e  m o d el  to   r ec o g n ize  co m p lex   m o tio n   p atter n s   with   g r ea ter   p r ec is io n   th an   tr ad itio n al  m eth o d s .   T h e  m o d el  tr ain in g   p r o ce s s   was  ca r r ied   o u t   u s in g   th e   Ad am   o p tim izatio n   alg o r ith m   [ 5 3 ] .   An   in itial  lear n in g   r ate  o f   0 . 0 0 1   is   s et  f o r   th is   alg o r ith m .   T o   im p r o v e   m o d el  p e r f o r m an ce   a n d   s tab i lity ,   two   ad d itio n al   s tr ateg ies  wer e  im p lem en ted :  th e  lear n in g   r ate  s ch ed u ler   an d   ea r ly   s to p p in g .   T h e  f ir s t  s tr ateg y   is   d y n a m ically   ad ju s tin g   th e   lear n in g   r ate  b as ed   o n   m o n ito r e d   v ali d atio n   m etr ics.  T h is   m eth o d   allo win g   t h e  m o d el  to   r ea c h   th e  g lo b al  m in i m u m   with   a   h ig h er   le v el  o f   p r ec is io n   a n d   a cc u r ac y .   T h er e   is   a   s ec o n d   s tr ateg y ,   wh ich   is   to   h av e  ea r ly   s to p p in g .   T h is   s tr ateg y   au to m atica lly   s to p s   th e   tr ain in g   p r o ce s s   if   th e  v alid atio n   lo s s   d o es  n o t   d ec r ea s e  f o r   7   co n s ec u tiv e   ep o ch s   o r   a  p atien ce   p e r io d .   T h e  im p lem en tatio n   o f   th is   m ec h an is m   is   cr u cial  t o   p r ev en t  o v er f itti n g   an d   en s u r e  th at  t h e  s av ed   m o d el   p ar am eter s   r ep r esen t  th e  r e s u lts   with   th e  b est   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 7 6 - 1 5 8 7   1580   g en er aliza tio n   ab ilit y   o n   th e  t est  d ata.   T h e  p r o p o s ed   1 D - C NN  ar ch itectu r e  is   d esig n ed   to   p er f o r m   en d - to - e n d   f ea tu r e  ex tr ac tio n   f r o m   r aw  s E MG   s ig n als.  As d etailed   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Ar c h itectu r e  an d   lay e r   p ar am eter s   o f   1 D - C NN  a lg o r ith m   La y e r   ( T y p e )   O u t p u t   S h a p e   K e r n e l   S i z e   P a r a me t e r s/   N o t e   I n p u t   La y e r   ( 5 5 0 ,   8 )   -   8 - c h a n n e l   sE M G   i n p u t   C o n v 1 D   ( 5 4 8 ,   6 4 )   3   F e a t u r e   ma p p i n g   B a t c h   n o r ma l i z a t i o n   ( 5 4 8 ,   6 4 )   -   R e g u l a r i z a t i o n   R e LU   ( A c t i v a t i o n )   ( 5 4 8 ,   6 4 )   -   N o n - l i n e a r i t y   M a x P o o l i n g 1 D   ( 2 7 4 ,   6 4 )   2   D o w n sa mp l i n g   C o n v 1 D   ( 2 7 2 ,   1 2 8 )   3   H i g h - l e v e l   f e a t u r e s   R e LU   ( A c t i v a t i o n )   ( 2 7 2 ,   1 2 8 )   -   N o n - l i n e a r i t y   G l o b a l A v g P o o l i n g   1 D   - 1 2 8   -   P a r a me t e r   r e d u c t i o n   D r o p o u t   - 1 2 8   -   R a t e :   0 . 5   D e n se   ( O u t p u t )   - 20   -   S o f t ma x   ( 2 0   c l a ss e s)       T h e  s p ec if ic  co n f ig u r atio n   o f   th e  1 D - C NN  ar ch itectu r e  was  ch o s en   to   b alan ce   co m p u tatio n al   ef f icien cy   an d   class if icatio n   ac cu r ac y .   T h e   B atch   No r m al izatio n   lay er s   wer e  in te g r ate d   to   s tab ilize  th e  tr ain in g   p r o ce s s   ag ain s t th e  s t o ch asti c  n atu r e  o f   s E MG   s ig n als,  wh ile  th e  Dr o p o u t r ate  o f   0 . 5   was stra teg ically   ap p lied   to   m itig ate  o v er f itti n g   d u r i n g   h ig h - d im en s io n al   class if icatio n .   Fu r th er m o r e,   th e  in clu s io n   o f   a  g lo b a l   av er ag e  p o o lin g   ( GAP)   la y e r   s er v es  as  a  s tr u ctu r al  r e g u lar ize,   r ed u ci n g   t h e  to tal  p a r am eter   co u n t  a n d   p r ev en tin g   th e  m o d el  f r o m   b ec o m in g   o v e r ly   co m p le x ,   wh ich   is   es s en tial  f o r   p o ten tial  r ea l - tim e  p r o s th etic   ap p licatio n s .   T h e  d ata  is   d iv id ed   in to   th r ee   p ar ts :  7 0 %  f o r   tr ain in g ,   1 5 %  f o r   v alid atio n ,   an d   1 5 %  f o r   test in g .   T h e   ev alu atio n   u s ed   th e   m etr ics  A cc u r ac y ,   Pre cisi o n ,   R ec all,   an d   F1 - Sco r e   o n   th e  test   d ata.   T h e  Usag e  C o n f u s io n   Ma tr ix   was  u s ed   to   b r ea k   d o wn   m o d el  p er f o r m an ce   o n   d if f icu lt  class es,  wh ich   wer e  s ep ar ated   b y   m u s cu la r   cr o s s talk   p h en o m e n a   [ 5 4 ] .   Fig u r e  1   s h o ws th e  f lo wch ar t  o f   t h e  m eth o d s   th at  ar e  u s ed   in   th ese  ex p er im en ts .           Fig u r e  1 .   Flo w  ch a r t o f   t h e  m e th o d s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s E MG   fin g er g estu r e  r ec o g n itio n   u s in g   o p timiz ed   …   ( Da n iel  S u to p o   P a mu n g k a s )   1581   3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    T h is   ch ap ter   s h o ws  th e  r esu lts   o f   an   ex p er im en t  th at  u s e d   th e  cu r r en t  1 D  C NN  m o d el  to   s o r t     2 0   f in g er   m o v em e n ts .   T h e  an aly s is   co m p ar ed   th e  r esu lts   o f   th e  b asic  m eth o d   ( SVM)   an d   ev alu ated   th e   m o d el' s   s tab ilit y   u s in g   a  co m p r eh en s iv e  p er f o r m a n ce   m etr ic.   B ef o r e  th e  class if icatio n   p r o ce s s   u s in g   th e  1 D - C NN  ar c h itectu r e,   th e  r aw  s E MG   s ig n als  wer e  an aly ze d   to   en s u r e  d ata  q u ality .   T h e  s E MG   s ig n als  o b tain ed   f r o m   th e  My o   Ar m b an d   a r e  in h er en tly   n o n - s tatio n ar y   an d   h a v e  h ig h l y   v ar iab le  am p litu d es  ac r o s s   elec tr o d es.  Sig n al  v is u aliza tio n   r ev ea led   h i g h   s to ch asti c  f lu ctu atio n s   in   th e  r aw  d ata,   wh ich ,   if   lef t  u n ad d r ess ed ,   co u ld   h in d er   th e  co n v e r g en ce   o f   th e  d ee p   lear n in g   m o d el.   T h e  ap p licatio n   o f   n o r m aliza tio n   u s in g   Z - s co r e   s tan d ar d iz atio n   s u cc ess f u lly   tr an s f o r m e d   th e   d ata   d is tr ib u tio n   to   h av e  a  m ea n   ̅   o f   ze r o   an d   a  s tan d a r d   d e v iatio n   ̅   o f   o n e .   Vis u ally ,   th is   p r o ce s s   b alan ce d   th e  d y n am ic  r an g e  ( am p litu d e )   a cr o s s   th e  eig h t  s en s o r   ch an n els,  allo win g   th e  1 D - C NN  m o d el  to   f o cu s   o n   ex tr ac tin g   tem p o r al  f ea t u r es  a n d   m u s cle  co n tr ac tio n   p atter n s   with o u t  b ein g   af f ec ted   b y   d i f f er en ce s   in   s en s o r   p r ess u r e  s tr en g th   o n   th e   s k in   o r   v ar ia b ilit y   in   t h e  s u b ject' s   m u s cle  s tr en g th .   T h is   p r o v id es  a   cr u cial  f o u n d atio n   f o r   th e   co n v o lu tio n al  f ilter   to   au to m atica lly   d etec t  m icr o - tem p o r al  f ea tu r es  in   th e  n e x t  s tag e.   Fig u r e   2   illu s tr ates  th e  co m p ar is o n   b e twee n   th e  r aw  s E MG   s ig n al s   an d   t h e  o u tp u t   o f   th e   Z - s c o r e  s tan d a r d izatio n   p r o ce s s .           Fig u r e  2 .   R aw  s E MG   s ig n als an d   p r e p r o ce s s ed   s ig n als       As  d em o n s tr ated   i n   T a b le  2   an d   v is u alize d   with   a  b ar   c h ar t  in   Fig u r e   3 ,   th e  1 D - C NN  m o d el' s   p er f o r m an ce   is   h ig h ly   s en s itiv e  to   th e  tem p o r al  win d o w  d u r atio n .   T h e   h ig h est  test   ac cu r ac y   o f   0 . 9 4 4   ( 9 4 . 4 %)  was  ac h iev ed   with   a  win d o w  s ize  o f   5 5 0   m s .   I n ter esti n g ly ,   p er f o r m a n ce   s ig n if ican tly   d eg r ad ed   at  7 0 0   m s   ( 0 . 1 8 5   ac cu r ac y ) ,   s u g g esti n g   th at  ex ce s s iv ely   lo n g   win d o ws  in tr o d u ce   n o n - s tatio n ar y   n o is e  th at  in ter f er es  with   th e  co n v o lu tio n al  f ilter s '   ab ilit y   to   ex tr ac t  s tab le  m o t o r   u n it  ac tiv atio n   p atter n s .   As  o b s er v ed   in   Fig u r e   3 ,   th e  ac cu r ac y   c u r v e  e x h ib its   a  n o n - lin ea r   r elatio n s h ip   with   th e  win d o w  d u r atio n .   T h e  s h ar p   d ec lin e  in   ac cu r ac y   at  4 5 0   m s   a n d   7 0 0   m s   in d ic ates  th at  th e  1 D - C NN  is   h ig h ly   s en s itiv e  to   tem p o r al  b o u n d ar y   co n d itio n s .   A  win d o w  th at   is   to o   s h o r t  ( b elo w  5 0 0   m s )   f ails   to   p r o v id e   en o u g h   tem p o r al  in f o r m atio n   f o r   th e  k er n els  to   d etec t  a  co m p lete  f ir in g   p atter n ,   wh ile  a  win d o w  ex ce ed i n g   6 5 0   m s   in tr o d u ce s   ex ce s s iv e  n o n - s tatio n ar y   ar tifa cts  th at  b lu r   th e  d is tin ct io n   b etwe en   g estu r e  class es.  T h er ef o r e,   5 5 0   m s   was  s elec ted   as  th e  o p tim al   p ar am eter   f o r   all  s u b s eq u e n t e x p er im en ts .     T h e  s h if t  f r o m   a  6 0 0   m s   win d o w  ( 0 . 9 1 %  ac cu r ac y )   to   a  5 5 0   m s   win d o w  ( 9 4 . 4 %  ac cu r ac y )   in d icate s   th at  tem p o r al  r eso lu tio n   is   a  cr itical  f ac to r   in   s E MG   p atte r n   r ec o g n itio n .   A  5 5 0   m s   d u r atio n   p r o v id es  an   o p tim al  b alan ce ;  it  is   lo n g   en o u g h   to   ca p t u r e  th e  ess en tial  m o to r   u n it  f ir in g   p atter n s   wh ile  r em ain in g   s h o r t   en o u g h   to   av o id   th e   in clu s io n   o f   e x ce s s iv e  tr an s itio n   n o is e  a n d   s to ch asti c  f lu ctu atio n s   th at  o f ten   d eg r a d e  d ee p   lear n in g   p e r f o r m an ce .   T h e  s tab ilit y   o f   th e  m o d el  d u r in g   th e  tr ain in g   p h ase  was  en s u r ed   th r o u g h   t h e  im p lem en tatio n   o f   a   lear n in g   r ate  s ch ed u ler   an d   ea r ly   s to p p in g   [ 5 5 ] ,   [ 5 6 ] .   Fig u r e  4   illu s tr ates  th e  tr ain in g   an d   v alid atio n   c u r v es.  W h ile  th e  tr ain in g   ac cu r ac y   r e ac h ed   9 6 %,  th e  v alid ati o n   ac c u r ac y   s tab ilized   at  ap p r o x im at ely   7 4 %   as  s h o wn   in   Fig u r e  4 ( a) .   T h is   g ap   s u g g e s ts   a  d eg r ee   o f   o v er f itti n g ,   wh ich   is   a  co m m o n   ch allen g e  in   s E MG - b ased   d ee p   lear n in g   d u e   to   t h e  in h er en t   s to ch asti city   an d   s ig n al - to - n o is e  r atio   v ar ia b ilit y   in   b io - s ig n als.  Ho wev er ,   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 7 6 - 1 5 8 7   1582   im p lem en tatio n   o f   a  lear n in g   r ate  s ch ed u ler   an d   d r o p o u t  ( 0 . 5 )   s u cc ess f u lly   p r ev en te d   th e   v alid atio n   lo s s   f r o m   d iv er g in g   as  s h o wn   in   Fig u r e  4 ( b ) ,   en s u r in g   th at  th e  m o d el  m ain tain s   its   ab ilit y   to   g en er a lize  ac r o s s   u n s ee n   test in g   d ata  r ath er   th a n   m er ely   m em o r izin g   th e  tr ain in g   s et.       T ab le  2 .   T h e  o v e r all  ac cu r ac y   v s   win d o w  s ize   W i n d o w   S i z e   ( ms)   Te st   A c c u r a c y   4 0 0   0 . 8 3 1   4 5 0   0 . 5 9 3   5 0 0   0 . 4 3 1   5 5 0   0 . 9 4 4   6 0 0   0 . 9 0 9   6 5 0   0 . 6 5 5   7 0 0   0 . 1 8 5   7 5 0   0 . 8 1 5           Fig u r e  3 .   I m p ac t o f   v ar y in g   te m p o r al  win d o w  d u r atio n s   o n   th e  1 D - C NN  class if icatio n   ac cu r ac y           ( a )   ( b )     Fig u r e  4 .   T r ain in g   a n d   v alid atio n   p er f o r m a n ce   cu r v es illu s tr atin g   ( a)   m o d el  co n v er g en ce   an d     ( b )   s tab ilit y   u s in g   a  5 5 0   m s   win d o w       T h e  co n v er g en ce   o b s er v ed   at  ep o ch   1 8 ,   wh er e  th e  ea r ly   s to p p in g   m ec h a n is m   in ter v en ed ,   p r o v es  th at  th e  m o d el  s u cc ess f u lly   lear n e d   g en e r alize d   f ea tu r es  r ath er   t h an   m er el y   m em o r izin g   t h e  tr ain in g   d ata.   T h e  u s e  o f   b atc h   n o r m aliza tio n   f u r th er   co n tr ib u ted   to   th is   s tab ilit y   b y   n o r m alizin g   ac tiv atio n s   ag ain s t  th e  n o n - s tatio n ar y   n atu r e  o f   r aw  s E M G  s ig n als,  allo win g   f o r   f aster   an d   m o r e  r eliab le  g r ad ien t  d escen t.   T h e  d etailed   p er f o r m an ce   o f   t h e  1 D - C NN  m o d el   in   class if y in g   f in g er   g estu r es  is   ev alu ate d   u s in g   a  C o n f u s io n   Ma tr ix ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  5 .   T ab le  3   also   d es cr ib es  th e  r esu lts   o f   th e   co n f u s io n   m atr ix .   T h is   m atr ix   p r o v id es  a  c o m p r eh en s iv e  o v er v iew  o f   th e   d is tr ib u tio n   o f   th e  m o d el' s   p r ed ictio n s   ag ain s t  th e  tr u e   lab els o f   th e  test in g   d ata.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s E MG   fin g er g estu r e  r ec o g n itio n   u s in g   o p timiz ed   …   ( Da n iel  S u to p o   P a mu n g k a s )   1583       Fig u r e  5 .   C o n f u s io n   m atr i x   f o r   class if icatio n   p er f o r m a n ce       T ab le  3 .   Su m m a r y   ac c u r ac y   f o r   ea ch   f in g er   g r o u p   F i n g e r   G r o u p   A c c u r a c y   C l a ss   A n a l y s i s E r r o r   I n d e x   1 0 0 %   P e r f e c t   C l a ss i f i c a t i o n   Li t t l e   F i n g e r   1 0 0 %   P e r f e c t   C l a ss i f i c a t i o n   M i d d l e   1 0 0 %   P e r f e c t   C l a ss i f i c a t i o n   R i n g   8 3 . 3 %   1   sa mp l e   mi s c l a s si f i e d   a s  M i d d l e   F i n g e r   Th u mb   5 0 . 0 %   O f t e n   c o n f u se d   w i t h   t h e   mi d d l e   f i n g e r   a n d   t h e   r i n g   f i n g e r       B ased   o n   test in g   r esu lts   o n   3 3   d ata  s am p les,  th e  m o d el  ac h iev ed   an   ac c u r ac y   o f   8 7 . 9 %.   C las s - by - class   an aly s is   r ev ea led   th e   f o llo win g   s ig n if ican t   f in d in g s :  P er f ec t  c lass if icatio n   ( 1 0 0 %  a c cu r ac y ) :   T h e   m o d el   d em o n s tr ated   e x ce llen t  p er f o r m an ce   with   p e r f ec t  class if icatio n   o f   th e  in d ex   f in g er   ( 5 /5 ) ,   litt le  f in g er   ( 5 /5 ) ,   an d   m i d d le  f in g er   ( 1 1 /1 1 ) .   T h i s   d em o n s tr ates  th at   th e   1 D - C NN  ar ch itectu r e   is   h ig h l y   e f f e ctiv e  in   r ec o g n izin g   th e  u n iq u e  co n tr ac tio n   p atter n s   o f   th e   f lex o r   d i g ito r u m   s u p er f icialis   an d   e x ten s o r   d ig i to r u m   m u s cles  th at  m o v e  th ese  th r ee   f in g e r s .   Min o r   m is class if icatio n   ( r in g   f in g e r ) :  T h e  r in g   f in g er   ac h iev ed   8 3 . 3 %  ac cu r ac y ,   with   5   o u t  o f     6   s am p les  co r r ec tly   class if ied .   On e  s am p le  was  d etec ted   as  t h e  m id d le  f in g e r .   An ato m icall y ,   th is   o f ten   o cc u r s   d u e  to   th e  ten d o n   attac h m en t  b etwe en   th e  r in g   an d   m id d le  f in g er s ,   wh ich   ca u s es  th e  s E M G  s ig n als  f r o m   th e  two   f in g er s   to   h av e  h i g h ly   s im ilar   p atter n s   [ 5 7 ] .   T h e  T h u m b   c h allen g e  ( 5 0 %  a cc u r ac y ) : T h e  b ig g est ch allen g e  was f o u n d   with   th e  th u m b ,   wh ich   o n ly   ac h iev ed   5 0 %  ac cu r ac y   ( 3   o u t  o f   6   co r r ec t  s am p les).   T h e   th u m b   was  f r eq u en tly   m is id en tifie d   as  th e  m i d d le   f in g er   ( 2   s am p les)  o r   th e  r in g   f in g er   ( 1   s am p le) .   T h is   p o o r   p er f o r m an ce   is   s cien tific ally   attr ib u ted   to   th e   p h en o m en o n   o f   m u s cle  cr o s s talk   [ 5 8 ] – [ 6 0 ] .   T h e  5 0 %  ac cu r ac y   o b s er v ed   f o r   th u m b   g estu r es  is   s cien tific ally   s ig n if ican t.  An ato m ically ,   t h e   m u s cles  r esp o n s ib le  f o r   th u m b   o p p o s itio n ,   s u c h   as  th e  o p p o n en ts   p o llicis ,   ar e  lo ca ted   in   t h e  d ee p er   la y er s   o f   t h e  f o r ea r m .   T h e   My o   Ar m b an d ’ s   s u r f ac e  elec tr o d e s   p r im ar ily   ca p tu r e   s u p er f icial  m u s cle  ac tiv ity ,   le ad in g   t o   a  ' m ask in g   ef f ec t'   wh er e  th e  s tr o n g er   s ig n als  f r o m   t h e  f lex o r   d ig ito r u m   ( m id d le  an d   r i n g   f i n g er s )   d o m in ate  th e  r ec o r d e d   p o ten tial   [ 6 1 ] .   T h is   m u s cu lar   cr o s s talk   cr ea tes  h ig h   f ea t u r e  s im ilar ity   in   th e   laten t  s p ac e,   m ak in g   it  d if f icu lt  f o r   t h e  So f tMa x   lay er   to   estab lis h   a   clea r   d ec is io n   b o u n d ar y   f o r   t h u m b   m o v em en ts   [ 6 1 ] .  T h is   p h en o m en o n   is   clea r ly   r ef lecte d   in   th e   co n f u s io n   m atr ix   as  s h o wn   in     Fig u r e  5 ,   wh e r e  th e  m is class if icatio n   clu s ter s   p r ed o m in a n tly   o cc u r   b etwe en   th e  th u m b   an d   t h e  f in g e r s   co n tr o lled   b y   th e  s u p er f icial  f lex o r   m u s cles.  As  a  r esu lt ,   th e  b io elec tr ic  s ig n als  ca p t u r ed   b y   th e  My o   Ar m b an d ' s   s u r f ac e  s en s o r s   ar e   o f ten   atten u ate d   o r   m ask ed   b y   s tr o n g er   s u p er f icial  m u s cle  ac tiv ity   [ 6 2 ] ,   [ 6 3 ] .   Ov er all,   d esp ite  t h e  co n s tr ain ts   o n   th u m b   d etec tio n ,   th e   m o d el' s   ab ilit y   to   class if y   th e   m ajo r ity   o f   m o v em en ts   with   v er y   h ig h   ac cu r ac y   ( ab o v e  8 3 %  to   1 0 0 %).   T h is   in d icate s   th at  th e  u s e  o f   Z - s co r e   n o r m aliza tio n   an d   5 5 0   m s   win d o w  s ize  o p tim izatio n   h as  s u cc ess f u lly   m in im ized   th e  v a r iab ilit y   o f   s E MG   s ig n als an d   p r o v id ed   s tab le  te m p o r al  f ea t u r es f o r   th e  1 D - C NN  m o d el.   T h e  in teg r atio n   o f   a  lear n i n g   r ate  s ch ed u ler   an d   ea r ly   s to p p i n g   s u cc ess f u lly   s tab ilized   th e  v alid atio n   cu r v e,   p r ev en tin g   th e  m o d el   f r o m   o v e r - ad ju s tin g   to   n o is e  in   th e  E MG   s ig n al   [ 6 4 ] ,   [ 6 5 ] .   Mo d e r n   s ig n al   p r o ce s s in g   tech n i q u es  an d   ed g e  co m p u tin g   c o n s id er atio n s   f u r th er   v alid ate  th is   ap p r o ac h   f o r   f u tu r e  wea r ab le   d ev ices.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  J u n e   20 2 6 :   1 5 7 6 - 1 5 8 7   1584   4.   CO NCLU SI O N    T h is   s tu d y   h as  s u cc ess f u lly   d ev elo p ed   a n   o p tim ized   1 D  c o n v o lu ti o n al  n eu r al  n etwo r k   ( 1 D - C NN)   ar ch itectu r e  f o r   f in e - g r ain e d   f in g er   g estu r e  r ec o g n itio n   u s in g   r aw  s E MG   s ig n als.  T h e  e x p er im en tal  r esu lts   d em o n s tr ate  th at  th e  p r o p o s ed   m o d el  ac h ie v es  a  p ea k   class if icatio n   ac cu r ac y   o f   9 4 . 4 %  f o r   2 0   d is tin ct  f in g er   m o v em en ts .   T h is   p er f o r m a n c e  u n d er s co r es  th e  s u p er io r ity   o f   en d - to - en d   d ee p   lea r n in g   i n   ca p tu r in g   co m p lex   tem p o r al  p atter n s   d ir ec tly   f r o m   r aw  b io elec tr ic  s ig n als with o u t th e  n ee d   f o r   m an u al  f ea tu r e  ex tr ac tio n .   A  k ey   f i n d in g   o f   th is   r esear ch   is   th e  s ig n if ica n t  im p a ct  o f   tem p o r al  win d o win g   o n   m o d el   p er f o r m an ce .   R ed u cin g   t h e  wi n d o w  s ize  f r o m   6 0 0   to   5 5 0   m s   p r o v e d   to   b e  th e   o p tim al  s tr a teg y ,   p r o v id i n g   t h e  n ec ess ar y   tem p o r al  r eso lu tio n   to   ca p tu r e   m u s cle  co n tr ac tio n   d y n am ics  wh ile  m ain tain in g   h ig h   s tab ilit y .   T h e  im p lem en tatio n   o f   a  lear n in g   r ate   s ch ed u ler   an d   ea r ly   s to p p in g   f u r th er   en s u r e d   th e   m o d el' s   r o b u s tn ess ,   p r ev en tin g   o v e r f itti n g   d esp ite  th e  s to ch asti c  n atu r e  o f   s E MG   d ata.   W h ile  th e  m o d el  ac h iev ed   1 0 0 %  ac cu r ac y   f o r   th e  in d ex ,   m id d le,   an d   litt le  f in g er s ,   th e  lo wer   p er f o r m an ce   o b s er v ed   f o r   th e  th u m b   ( 5 0 %)  h ig h lig h ts   th e  p er s is ten t  ch allen g e  o f   m u s cle  cr o s s talk   f r o m   d ee p er   an ato m ical  lay er s ,   s p e cif ically   th e  o p p o n e n ts   p o llicis ,   wh ich   ar e   less   ac ce s s ib le  to   s u r f ac e  elec tr o d es.  T h e  m o d el  ac h ie v ed   a  p ea k   test   ac cu r ac y   o f   9 4 . 4 %  u n d er   o p tim al  co n d itio n s ,   with   an   o v er all  a v er ag e   ac cu r ac y   o f   8 7 . 9 %  ac r o s s   all  s p ec if ic  test s   s h o wn   in   th e  m atr ix .   I n   co n cl u s io n ,   th e  o p tim ized   1 D - C NN  f r am ewo r k   o f f er s   a  h i g h ly   ac cu r ate  an d   s ca lab le  s o lu tio n   f o r   m u lticlas s   g estu r e  r ec o g n it io n ,   p a v in g   t h e  way   f o r   m o r e  in tu itiv e  a n d   p r ec is e  co n tr o l sy s tem s   in   n ex t - g en er a tio n   p r o s th etic  h a n d s .   Fo r   f u tu r e  d ev el o p m en t  an d   r esear ch ,   s ev er al  s tr ateg ic  n ee d s   s h o u ld   b e  ad d r ess ed   with   th e   ap p r o p r iate  s y s tem .   T h e  p r im ar y   f o cu s   s h o u ld   b e  o n   im p r o v in g   class if icatio n   ac cu r ac y   f o r   f in g er   a n d   th u m b ,   wh ich   ca n   b e  ac h iev ed   b y   ad d in g   an   s E MG   s en s o r   o v e r   th e  t h en ar   m u s cle  o r   b y   co m b i n in g   f r eq u e n cy - d o m ain   f ea tu r es  tailo r ed   to   d if f icu lt   class es.  I n   ad d itio n ,   co n s i d er in g   th e  s tu d y ,   th is   is   s till   d o n e  o f f lin e .   I m p lem en tatio n   o f   th e  m o d el   f o r   r ea l - tim e  in - s y s tem   co n t r o l  is   h ig h ly   r ec o m m e n d ed   t o   ac h iev e  test - lev el  laten cy   an d   r esp o n s iv en ess   in   h an d   p r o s th etics o r   r o b o tics .   Fu r th er   ex p er im en tatio n   is   n e ce s s ar y ,   in v o lv in g   ad d itio n al  s u b jects  an d   test in g   in   v ar io u s   p o s itio n s   an d   ar m   p o s tu r es,  to   en h an ce   th e  m o d el' s   ca p ac ity   to   g en er alize   to   ch an g es  in   s en s o r   o r ien tatio n   an d   m u s cle  f atig u e.   Ad d itio n ally ,   ex p lo r in g   h y b r id   ar c h itectu r es,  s u ch   as   C NN - L STM ,   is   ad v is ab le.   T h e  ab ilit y   to   ca p tu r e   tem p o r al  d ep en d en cies  ca n   m o r e  ef f ec tiv ely   r ed u ce   e r r o r s   in   class if y in g   f in g er s   ex h ib itin g   p atter n   co n tr ac tio n s   ak in   to   t h o s e  o f   m u s cles.  W ith   th e  d ev elo p m e n ts ,   it  is   an ticip ated   th at  th e  s y s tem   f o r   in tr o d u cin g   f in g er   m o v e m en t  ca n   e v o lv e   in to   a  s o lu tio n   f o r   m o r e   p r ec is e,   r eliab le,   an d   r ea d ily   a v ailab le  h ar d war e - in teg r ated   p r o s th etics.       F UNDING   I NF O R M A T I O N    T h is   r esear ch   was  s u p p o r ted   b y   Po litek n ik   Neg er i  B atam   th r o u g h   th e  Pro ject  B ased   L ea r n in g   ( PB L )   s ch em e.   T h e  au th o r s   wo u ld   lik e  to   ac k n o wled g e  th e  f in a n cial  an d   in s titu tio n al  s u p p o r t  p r o v id ed   b y   th e   in s titu tio n   f o r   th e  c o m p letio n   o f   th is   wo r k .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Dan iel  S u to p o   Pam u n g k as   ✓   ✓     ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓       ✓   ✓   Su m an tr i K .   R is an d r iy a     ✓   ✓       ✓     ✓   ✓   ✓   ✓   ✓         C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n           CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT     Au th o r s   s tate  n o   co n f lict  o f   in ter est.  T h e  a u th o r s   d ec lar e  th at  th ey   h av e   n o   k n o wn   co m p etin g   f in an cial  in ter ests   o r   p er s o n al   r elatio n s h ip s   th at  co u ld   h av e   ap p ea r ed   to   in f lu en ce   th e  w o r k   r ep o r ted   in   th is   p ap er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s E MG   fin g er g estu r e  r ec o g n itio n   u s in g   o p timiz ed   …   ( Da n iel  S u to p o   P a mu n g k a s )   1585   DATA AV AI L AB I L I T Y    T h e  d ata  th at  s u p p o r t  th e  f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar e  av ailab le  f r o m   th e  co r r esp o n d i n g   au t h o r   ( DSP),   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   R .   R o d r i g u e s,  D .   M i r a n d a ,   V .   C a r v a l h o ,   a n d   D .   M a t o s,  “ D e si g n   a n d   d e v e l o p men t   o f   a n   E M G   u p p e r   LI M B   c o n t r o l l e d   p r o st h e s i s:   a   p r e l i mi n a r y   a p p r o a c h , ”   A c t u a t o rs ,   v o l .   1 4 ,   n o .   5 ,   p .   2 1 9 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a c t 1 4 0 5 0 2 1 9 .   [ 2 ]   H .   Le e ,   Y .   L e e ,   L.   J i a n g ,   J.   C h e n ,   W .   L.   L a m,  a n d   Y .   T.   Lo ,   “ A d v a n c e s  i n   m y o e l e c t r i c   n e u r o p r o st h e t i c s:   A   n a r r a t i v e   r e v i e w   o f   c u r r e n t   t r e n d s,   c h a l l e n g e s,   a n d   f u t u r e   d i r e c t i o n s, ”   Ad v a n c e d   T e c h n o l o g y   in   N e u r o sc i e n c e ,   v o l .   2 ,   n o .   4 ,   p p .   2 0 4 – 2 1 5 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 4 1 0 3 / a t n . a t n - d - 25 - 0 0 0 0 7 .   [ 3 ]   S .   W a n g ,   J .   Zh e n g ,   B .   Zh e n g ,   a n d   X .   Ji a n g ,   “ P h a se - b a s e d   g r a s p   c l a s si f i c a t i o n   f o r   p r o s t h e t i c   h a n d   c o n t r o l   u si n g   sE M G , ”   Bi o s e n so rs ,   v o l .   1 2 ,   n o .   2 ,   p .   5 7 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / b i o s 1 2 0 2 0 0 5 7 .   [ 4 ]   M .   Li n a r d a k i s ,   I .   V a r l a m i s,  a n d   G .   T.   P a p a d o p o u l o s,  “ S u r v e y   o n   h a n d   g e s t u r e   r e c o g n i t i o n   f r o m  v i s u a l   i n p u t , ”   I EEE  Ac c e ss ,    v o l .   1 3 ,   p p .   1 3 5 3 7 3 – 1 3 5 4 0 6 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 5 . 3 5 9 3 4 2 8 .   [ 5 ]   A .   R .   A l i ,   M .   W .   A .   R a m a d a n ,   a n d   P .   Z o me t a ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g   f o r   EM G - b a s e d   g e st u r e   r e c o g n i t i o n   i n   b r a i n – c o mp u t e r   i n t e r f a c e s  a n d   h u ma n o i d   r o b o t s, ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   I n t e l l i g e n t   R o b o t i c s   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   9 ,   n o .   4 ,   p p .   1 7 8 9 – 1 8 0 0 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s4 1 3 1 5 - 0 2 5 - 0 0 4 6 3 - 1.   [ 6 ]   R .   W e n ,   W .   L .   Ta y ,   B .   P .   N g u y e n ,   C .   B .   C h n g ,   a n d   C .   K .   C h u i ,   “ H a n d   g e s t u r e   g u i d e d   r o b o t - a ss i st e d   s u r g e r y   b a se d   o n   a   d i r e c t   a u g me n t e d   r e a l i t y   i n t e r f a c e , ”   C o m p u t e r  M e t h o d s  a n d   Pr o g r a m s  i n   Bi o m e d i c i n e ,   v o l .   1 1 6 ,   n o .   2 ,   p p .   6 8 – 8 0 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c m p b . 2 0 1 3 . 1 2 . 0 1 8 .   [ 7 ]   F .   L a g a n à   e t   a l . ,   “ D e v e l o p m e n t   o f   a n   i n t e g r a t e d   s y st e m   o f   sE M G   si g n a l   a c q u i s i t i o n ,   p r o c e ss i n g ,   a n d   a n a l y s i s  w i t h   A I   t e c h n i q u e s, ”   S i g n a l s ,   v o l .   5 ,   n o .   3 ,   p p .   4 7 6 – 4 9 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s i g n a l s 5 0 3 0 0 2 5 .   [ 8 ]   C .   C u i ,   M .   S .   S u n a r ,   a n d   G .   E g   S u ,   “ D e e p   v i si o n - b a s e d   r e a l - t i me  h a n d   g e s t u r e   r e c o g n i t i o n :   a   r e v i e w , ”   P e e rJ   C o m p u t e r  S c i e n c e ,  v o l .   1 1 ,   p .   e 2 9 2 1 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 7 7 1 7 / p e e r j - c s. 2 9 2 1 .   [ 9 ]   A .   D a h i y a ,   D .   W a d h w a ,   R .   K a t t i ,   a n d   L.   G .   O c c h i p i n t i ,   “ Ef f i c i e n t   h a n d   g e s t u r e   r e c o g n i t i o n   u si n g   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   a n d   I MU - b a s e d   w e a r a b l e   d e v i c e , ”   I E EE  S e n s o r s Let t e rs ,   v o l .   8 ,   n o .   1 2 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / LS EN S . 2 0 2 4 . 3 5 0 1 5 8 6 .   [ 1 0 ]   D .   K u mar  a n d   A .   G a n e s h ,   “ A   c r i t i c a l   r e v i e w   o n   h a n d   g e st u r e   r e c o g n i t i o n   u si n g   sE M G :   C h a l l e n g e s,  a p p l i c a t i o n ,   p r o c e s s  a n d   t e c h n i q u e s, ”   J o u rn a l   o f   Ph y si c s:   C o n f e re n c e   S e ri e s ,   v o l .   2 3 2 7 ,   n o .   1 ,   p .   1 2 0 7 5 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 7 4 2 - 6 5 9 6 / 2 3 2 7 / 1 / 0 1 2 0 7 5 .   [ 1 1 ]   W .   L i ,   P .   S h i ,   a n d   H .   Y u ,   “ G e s t u r e   r e c o g n i t i o n   u s i n g   su r f a c e   e l e c t r o my o g r a p h y   a n d   d e e p   l e a r n i n g   f o r   p r o s t h e s e s  h a n d :   st a t e - of - t h e - a r t ,   c h a l l e n g e s ,   a n d   f u t u r e , ”   Fr o n t i e rs  i n   N e u r o s c i e n c e ,   v o l .   1 5 ,   A p r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f n i n s. 2 0 2 1 . 6 2 1 8 8 5 .   [ 1 2 ]   M .   S .   K a r i s   e t   a l . ,   “ En s e m b l e   v o t i n g   r e g r e ss o r   f o r   e n h a n c e d   p r e d i c t i o n   i n   E M G - b a s e d   p r o st h e t i c   w r i s t   c o n t r o l , ”   J o u r n a l   o f   Ro b o t i c s  a n d   C o n t ro l   ( J RC ) ,   v o l .   6 ,   n o .   4 ,   p p .   1 8 7 2 – 1 8 8 4 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 8 1 9 6 / j r c . v 6 i 4 . 2 6 2 2 2 .   [ 1 3 ]   U .   C ô t é - A l l a r d   e t   a l . ,   “ D e e p   l e a r n i n g   f o r   e l e c t r o m y o g r a p h i c   h a n d   g e st u r e   s i g n a l   c l a ssi f i c a t i o n   u si n g   t r a n sf e r   l e a r n i n g , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s  o n   N e u r a l   S y st e m s   a n d   Re h a b i l i t a t i o n   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   2 7 ,   n o .   4 ,   p p .   7 6 0 – 7 7 1 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN S R E. 2 0 1 9 . 2 8 9 6 2 6 9 .   [ 1 4 ]   F .   S .   B o t r o s ,   A .   P h i n y o m a r k ,   a n d   E.   J.   S c h e me ,   “ D a y - to - d a y   st a b i l i t y   o f   w r i st   E M G   f o r   w e a r a b l e - b a se d   h a n d   g e st u r e   r e c o g n i t i o n , ”   I EEE  A c c e ss ,   v o l .   1 0 ,   p p .   1 2 5 9 4 2 – 1 2 5 9 5 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 2 . 3 2 2 5 7 6 1 .   [ 1 5 ]   I .   K a r a c a n   a n d   K .   S .   T ü r k e r ,   “ A   c o m p a r i s o n   o f   e l e c t r o m y o g r a p h y   t e c h n i q u e s:   s u r f a c e   v e r su s  i n t r a m u sc u l a r   r e c o r d i n g , ”   Eu r o p e a n   J o u rn a l   o f   Ap p l i e d   Ph y si o l o g y ,   v o l .   1 2 5 ,   n o .   1 ,   p p .   7 – 2 3 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 0 0 4 2 1 - 0 2 4 - 0 5 6 4 0 - x.   [ 1 6 ]   A .   R .   A s i f   e t   a l . ,   “ P e r f o r ma n c e   e v a l u a t i o n   o f   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k   f o r   h a n d   g e st u r e   r e c o g n i t i o n   u s i n g   EM G , ”   S e n so rs   ( S w i t zer l a n d ) ,   v o l .   2 0 ,   n o .   6 ,   p .   1 6 4 2 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 0 0 6 1 6 4 2 .   [ 1 7 ]   A .   S u l t a n a ,   M .   T.   I .   O p u ,   M .   S .   A l a m,  a n d   F .   A h m e d ,   “ D e c o m p o si t i o n   a n d   m u l t i - sca l e   a n a l y si s  o f   s u r f a c e   e l e c t r o m y o g r a p h i c   si g n a l   f o r   f i n g e r   m o v e me n t s,”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r  E n g i n e e ri n g   ( I J EC E) ,   v o l .   1 5 ,   n o .   5 ,   p .   4 5 9 3 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 1 5 i 5 . p p 4 5 9 3 - 4 6 0 4 .   [ 1 8 ]   W .   C a e s a r e n d r a ,   T.   T j a h j o w i d o d o ,   a n d   D .   P a m u n g k a s ,   “ E M G   b a se d   c l a s si f i c a t i o n   o f   h a n d   g e st u r e s   u si n g   P C A   a n d   A N F I S , ”   i n   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   2 0 1 7   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   R o b o t i c s ,   B i o m i m e t i c s,  a n d   I n t e l l i g e n t   C o m p u t a t i o n a l   S y st e m s,  R o b i o n e t i c s   2 0 1 7 ,   2 0 1 7 ,   v o l .   2 0 1 7 - D e c e mb e r ,   p p .   1 8 – 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / R O B I O N ETI C S . 2 0 1 7 . 8 2 0 3 4 3 0 .   [ 1 9 ]   A .   R .   S o b i n o v   a n d   S .   J.   B e n sma i a ,   “ Th e   n e u r a l   mec h a n i sms   o f   ma n u a l   d e x t e r i t y , ”   N a t u re   R e v i e w s   N e u r o sc i e n c e ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 2 ,   p p .   7 4 1 – 7 5 7 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 8 3 - 0 2 1 - 0 0 5 2 8 - 7.   [ 2 0 ]   B .   E .   L u n g   a n d   B .   B u r n s,  “ A n a t o m y ,   sh o u l d e r   a n d   u p p e r   l i m b ,   h a n d   f l e x o r   d i g i t o r u m   p r o f u n d u s m u s c l e , ”   S t a t P e a rl s ,   2 0 1 9 .   [ 2 1 ]   M .   R .   K .   K a d a v a t h ,   M .   N a s o r ,   a n d   A .   I mr a n ,   “ E n h a n c e d   h a n d   g e s t u r e   r e c o g n i t i o n   w i t h   s u r f a c e   e l e c t r o m y o g r a m  a n d   m a c h i n e   l e a r n i n g , ”   S e n s o rs ,   v o l .   2 4 ,   n o .   1 6 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 4 1 6 5 2 3 1 .   [ 2 2 ]   A .   S h a r ma,   I .   S h a r ma ,   a n d   A .   K u m a r ,   “ S i g n a l   a c q u i s i t i o n   a n d   t i m e – f r e q u e n c y   p e r sp e c t i v e   o f   E M G   s i g n a l - b a sed   sy st e ms  a n d   a p p l i c a t i o n s, ”   I ETE   T e c h n i c a l   R e v i e w   ( I n s t i t u t i o n   o f   El e c t ro n i c s  a n d   T e l e c o m m u n i c a t i o n   E n g i n e e rs ,   I n d i a ) ,   v o l .   4 1 ,   n o .   4 ,     p p .   4 6 6 – 4 8 5 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 0 2 5 6 4 6 0 2 . 2 0 2 3 . 2 2 6 5 8 9 7 .   [ 2 3 ]   A .   K .   Y a d a v ,   M .   B i n   K h a l e e q ,   A .   A .   K h a n ,   a n d   M .   S a r f r a z ,   “ S e l e c t i o n   o f   k e y   M u sc l e s   a n d   g e s t u r e s  f o r   r e l i a b l e   c o n t r o l   i n   E M G - b a s e d   w r i st   p r o s t h e t i c s, ”   2 0 2 5   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C o g n i t i v e   C o m p u t i n g   i n   E n g i n e e r i n g ,   C o m m u n i c a t i o n s,   S c i e n c e s   a n d   Bi o m e d i c a l   H e a l t h   I n f o rm a t i c s,   I C 3 E C S BH I   2 0 2 5 ,   p p .   4 3 2 – 4 3 7 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C 3 E C S B H I 6 3 5 9 1 . 2 0 2 5 . 1 0 9 9 1 2 8 4 .   [ 2 4 ]   T.   Za i m,   S .   A b d e l - H a d i ,   R .   M a h m o u d ,   A .   K h a n d a k a r ,   S .   M .   R a k h t a l a ,   a n d   M .   E .   H .   C h o w d h u r y ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g -   a n d   d e e p   l e a r n i n g - b a s e d   my o e l e c t r i c   c o n t r o l   s y st e m  f o r   u p p e r   LI M B   r e h a b i l i t a t i o n   u t i l i z i n g   EEG   a n d   E M G   si g n a l s :   a   sy s t e ma t i c   r e v i e w , ”   Bi o e n g i n e e r i n g ,   v o l .   1 2 ,   n o .   2 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / b i o e n g i n e e r i n g 1 2 0 2 0 1 4 4 .   [ 2 5 ]   F .   Ev c i ,   A .   Ef e k a a n   Ef e ,   a n d   E.   I .   K o n u k se v e n ,   “ A   c o mp r e h e n s i v e   a n a l y si s  o f   LD A ,   S V M ,   a n d   n e u r a l   n e t w o r k   a l g o r i t h ms  i n   mu l t i c l a ss  my o e l e c t r i c   i d e n t i f i c a t i o n   o f   Li m b   mo v e me n t s , ”   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o f   C o n t r o l ,   D y n a m i c   S y st e m s,  a n d   R o b o t i c s ,  2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 5 9 / c d sr 2 4 . 1 1 0 .   [ 2 6 ]   L.   D e l a ,   D .   S u t o p o ,   S .   K u r n i a w a n ,   T.   Tj a h j o w i d o d o ,   a n d   W .   C a e s a r e n d r a ,   “ EM G   b a s e d   c l a ssi f i c a t i o n   o f   h a n d   g e st u r e   u s i n g   P C A   a n d   S V M , ”   L e c t u re  N o t e s   i n   El e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   8 9 8 ,   p p .   4 5 9 – 4 7 7 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 981 - 19 - 1 8 0 4 - 9 _ 3 5 .   [ 2 7 ]   P .   S a h u ,   B .   K .   S i n g h ,   a n d   N .   N i r a l a ,   “ O p t i m i z e d   k - n e a r e s t   n e i g h b o r s  f o r   c l a ss i f i c a t i o n   o f   p r o s t h e t i c   h a n d   m o v e m e n t s   u si n g   e l e c t r o m y o g r a p h y   s i g n a l , ”   E n g i n e e r i n g   A p p l i c a t i o n s   o f   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   1 3 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e n g a p p a i . 2 0 2 4 . 1 0 8 3 9 0 .   [ 2 8 ]   M .   Z h e n g ,   K .   J i a n g ,   R .   X u ,   a n d   L.   Q i ,   “ A n   a d a p t i v e   LD A   o p t i ma l   t o p i c   n u mb e r   s e l e c t i o n   m e t h o d   i n   n e w s   t o p i c   i d e n t i f i c a t i o n , ”   I EEE  A c c e ss ,   v o l .   1 1 ,   p p .   9 2 2 7 3 – 9 2 2 8 4 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 3 . 3 3 0 8 5 2 0 .   [ 2 9 ]   H .   N i u ,   G .   B .   M c C a l l u m,   A .   B .   C h a n g ,   K .   K h a n ,   a n d   S .   A z a m,  “ E x p l o r i n g   u n s u p e r v i se d   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   a l g o r i t h ms:   t a c k l i n g   h i g h   d i me n s i o n a l i t y   i n   s mal l   d a t a s e t s, ”   S c i e n t i f i c   R e p o r t s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 ,   p .   2 1 9 7 3 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 5 9 8 - 0 2 5 - 0 7 7 2 5 - 9.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.