Laura Petrich, PhD Student v oblasti Robotiky a Strojového Učení – Rozhovor

Laura v současné době studuje doktorát v oboru Computing Science pod vedením Dr. Patricka Pilarskiho a Dr. Matthewa E. Taylora. V roce 2019 získala titul B.Sc. s vyznamenáním v oboru Computing Science na University of Alberta a v roce 2022 titul M.Sc. v oboru Computing Science na stejné univerzitě. Jejími výzkumnými zájmy jsou učení s posilováním, interakce mezi lidmi a roboty, biomechatronika a asistivní robotika. Díky inspiraci ze svých anatomických studií s Dr. Pierrem Lemelinem se Laura snaží vyvinout metody řízení robotického manipulačního zařízení s cílem zvýšit funkčnost, použitelnost, spolehlivost a bezpečnost v reálném světě.

Usadili jsme se k rozhovoru na každoroční konferenci Upper Bound o umělé inteligenci, která se koná v Edmontonu, AB a je hostována Amii (Alberta Machine Intelligence Institute).

Co vás původně přitáhlo k informatice?

Takže, když jsem se vrátila do školy, chtěla jsem být původně lékařkou. A rovnováha mezi pracovním a osobním životem je pro mě velmi důležitá, takže jsem mohla trávit spoustu času s rodinou. A vždy jsem chtěla pomoci lidem, a skončila jsem tím, že jsem si vzala kurz informatiky v prvním roce univerzity, a prostě to bylo tak úžasné, že jsem to milovala. A prostě jsem se zamilovala do řešení problémů a rozhodla jsem se, že chci pracovat v oblasti asistivní technologie, kde bych mohla použít své řešení problémů a skutečně pomoci lidem.

Jak jste zjistila, že asistivní technologie je váš koníček?

Vzala jsem si kurz robotiky na vysoké škole, a to bylo místo, kde jsme používali sady Lego Mindstorm, abychom se naučili základy mechatroniky a robotiky. A prostě to všechno zapadlo dohromady, že to bylo tak zábavné pracovat s tím, a mohli jste napsat programy a okamžitě vidět výsledky. Takže, to prostě dávalo smysl spojit mou lásku k práci s těmito robotickými systémy s mým přáním pomoci lidem. Asistivní technologie prostě zapadá přesně do toho prostoru.

Můžete definovat mechatroniku pro naši veřejnost?

Bylo by to jako cokoliv uvnitř sféry robotiky, kde máte tyto hardwarové systémy, a můžete je ovládat, aby vyvolaly změnu v prostředí.

Jaké jsou některé z různých použití, na kterých jste pracovala pro tuto technologii?

Pracuji v BLINC Labu (Bionic Limbs for Improved Natural Control) s Patrickem (Pilarskim), a hlavním použitím tam je, že pracuji na protézách horních končetin. Takže, máme tyto chytré robotické zařízení, které můžete ovládat myoelektrickými signály, a to je hlavní použití, jak ovládat tyto protézy, které jsou nyní připojeny k lidskému tělu, aby udělaly to, co uživatel chce.

Jak dlouho již pracujete na tomto konkrétním projektu?

Právě jsem začala doktorát v lednu. Pracovala jsem na magisterském studiu v oblasti robotiky a počítačového vidění na University of Alberta, kde jsem pracovala na robotickém manipulačním zařízení s robotickými rameny.

Teď se teprve dostávám do světa protéz.

Jaké jsou některé bezpečnostní problémy, které byste uvedla v souvislosti s touto technologií?

S těmito chytrými protézami vždycky dáváme bezpečnost na první místo. To je vždy to, o čem první přemýšlíme, protože tato zařízení jsou připojena k lidskému tělu. Takže, na konci dne, zařízení nemá poslední slovo. Lidská bytost je vždy plně v kontrolě. Můžeme udělat návrhy lidem, říci: “Myslím, že chcete udělat tohle,” ale oni vždycky mají poslední slovo o tom, co se stane. Takže, vždycky přemýšlíme o bezpečnosti jednotlivce, který bude tato zařízení používat.

V předchozím rozhovoru mluvil Patrick o tom, jak obvykle mozek musí naučit se přizpůsobit zařízení, ale v tomto případě zařízení používá strojové učení, aby se přizpůsobilo mozku. Můžete diskutovat o svých názorech na toto téma?

Ano. Chceme vyvinout systémy pro kontinuální učení pro běh na těchto zařízeních. Takže, jde o mapování signálů od uživatele, které v našem případě by byly EMG signály. Povrchové EMG, umístíte elektrody na zbytkové svaly, které má jedinec, a pak co s těmito vstupními signály uděláte? Chceme je mapovat na robotické pohyby, správně? Chcete otevřít ruku? Chcete zavřít ruku? Nejdříve musíme rozhodnout, jakým způsobem budeme řešit tuto mapovací problematiku, a to je místo, kde hraje roli strojové učení.

Můžete mít systémy pro rozpoznávání vzorců, takže můžeme předpovědět, co se děje se specifickou svalovou aktivací. Chceme, aby zařízení a součásti strojového učení kontinuálně učily a přizpůsobovaly se v čase, jakmile lidé procházejí změnami nebo jakmile se jejich úmysl mění.

Jaký časový horizont si myslíte, že bude třeba, než uvidíme tato zařízení v reálném světě?

Doufám, že to bude během mého doktorátu. To je můj cíl, vyřešit tento problém řízení pro protézy horních končetin.

To by bylo úžasné. A jaký je váš výhled do budoucnosti asistivní robotiky, řekněme v horizontu 10 nebo 20 let?

Představuji si svět, kde jednotlivci, kteří by chtěli mít protézu pro použití v každodenním životě, by mohli použít ji způsobem, jakým používáme naše ruce. Takže, aby to bylo spolehlivé, aby to bylo intuitivní, aby to bylo snadné používat, to je to, co bych chtěl.

A vidíte personalizovanou budoucnost, kde by menší člověk měl menší protézu? Nebo si myslíte, že by všechny byly stejné?

Ne, absolutně. Myslím, že pro něco tak osobního, jako je toto, chcete, aby tato zařízení felt jako součást vašeho vlastního těla. Právě? Chcete, aby to bylo součástí vás. Takže, to nás přivádí k personalizované a individualizované zdravotní péči. Tyto protézy by musely být tvarovány a přizpůsobeny jednotlivci, který je bude používat, alespoň podle mého názoru. Už teď to vidíme. Right now, když jdete do, řekněme, Glenrose Rehabilitation Hospital v Edmontonu, a dostanete novou protézu, vezmou 3D model vaší zbytkové končetiny a přizpůsobí vám protézu podle vašeho těla. Takže, už teď to vidíme, a pro tato chytrá zařízení to bude ještě více.

Takže, to bude přizpůsobeno pomocí 3D tisku, pravděpodobně, pro uživatele.

Ano, přizpůsobeno pomocí 3D tisku, přizpůsobeno podle těla, a pak také přizpůsobeno podle individuálních kontrolních systémů.

A jak dlouho trvá, než se uživatel naučí používat jeden z těchto systémů?

Náš cíl je, že bychom mohli vyškolit více obecný model strojového učení a pak jej přizpůsobit jednotlivci během 5-10 minutového tréninkového sezení. To by byl náš cíl.

Jakmile dosáhnete tohoto, na co byste se ráda zaměřila jako další?

Velká část mého výzkumu je také práce s anatomickým oddělením na University of Alberta, a jsem absolutně fascinována tím, jak lidé manipulují s okolním světem. Takže, všechno, co se týká lidské horní končetiny. Naše ruce a ruce jsou absolutně fascinující. Takže, ráda bych se zaměřila všechny své úsilí na protézy horních končetin a skutečně je učinila použitelnými pro lidi v reálném světě.

Jakými způsoby je to náročnější než spodní končetiny?

Spodní končetina, pohyb je velmi opakující se. Pokud si myslíte na naši chůzi, je to jednodušší problém řízení. Zatímco pro horní končetinu potřebujete být schopni manipulovat objekty ve 3D prostoru, máte tolik více stupňů volnosti. Pokud si to představíte, pokud zavřete oči a saháte kolem, můžete stále vidět svět kolem sebe skrze své ruce. Takže, být schopni vrátit lidem tuto schopnost prostřednictvím protéz, myslím, že by to bylo úžasné,

Můžete sdílet, jak čerpáte inspiraci z anatomických studií

Pracovala jsem s Dr. Pierrem Lemelinem v anatomickém oddělení na University of Alberta již pět let. Doufám, že prostřednictvím studia lidské anatomie a pochopení přesně, jak lidé manipulují s objekty v prostředí, co jsou naše nervové dráhy, které svaly jsou aktivovány, můžeme použít tyto znalosti k tomu, abychom nejen zlepšili strukturu protéz, ale také základní kontrolní systémy, jak je používáme. Pokud můžeme pochopit přesně, které nervy jsou aktivovány, když si myslíme: “Otevřete mou ruku,” pak můžeme použít to k předpovědi, co uživatel chce udělat se svou protézou, a pak enact that motion in the robotic device. Thank you for the amazing interview, readers who wish to learn more should visit the following resources:

• Dr. Patrick M. Pilarski – Unite.AI Interview
• BLINC Lab (Bionic Limbs for Improved Natural Control))
• Upper Bound AI Conference.
• Amii (Alberta Machine Intelligence Institute)