Laura Petrich, PhD Student in Robotics & Machine Learning – Interview Series

Laura目前正在Patrick M. Pilarski博士和Matthew E. Taylor博士的指导下攻读计算机科学博士学位。她于2019年获得了阿尔伯塔大学计算机科学学士学位，2022年获得了阿尔伯塔大学计算机科学硕士学位。她的研究兴趣包括强化学习、人机交互、生物机械工程和辅助机器人。在与Pierre Lemelin博士的解剖学研究中，Laura的研究旨在开发用于机器人操作的控制方法，以提高功能性、可用性、可靠性和安全性。

我们在艾伯塔省埃德蒙顿举行的2023年Upper Bound人工智能会议上进行了采访，该会议由Amii（艾伯塔机器智能研究所）主办。

是什么最初吸引你对计算机科学的兴趣?

所以，当我回到学校时，我最初想成为一名医生。工作与生活的平衡对我来说非常重要，所以我可以花很多时间陪伴我的家人。我一直想帮助人们，结果我在大学第一年就选修了一门计算机科学课程，这感觉就像是一种令人惊奇的工具，可以用来解决问题。我爱上了解决问题，于是决定在辅助技术领域工作，在那里我可以利用解决问题的能力帮助人们。

你是如何发现辅助技术是你的热情的?

我在本科时修了一门机器人学课程，我们使用Lego Mindstorm套件来学习机电一体化和机器人的基础知识。它就像所有东西都连接起来了，这太有趣了，你可以编写程序，然后立即看到结果。所以，把我对机器人系统的热爱和我帮助人们的愿望结合起来就是有意义的。辅助技术正好符合这一点。

你能为我们的观众定义机电一体化吗?

这就像机器人领域内的任何东西一样，你有这些硬件系统，你可以控制它们来改变环境。

你曾经为这项技术工作过哪些不同的用例?

我目前正在BLINC实验室（用于改进自然控制的仿生肢体）与Patrick（Pilarski）合作，主要的用例是我正在研究上肢假肢。所以，我们有这些可以通过肌电信号控制的智能机器人设备，这是主要的用例，即如何控制这些现在附着在人体上的假肢来实现用户想要的功能。

你已经在这方面工作了多长时间?

我刚刚在一月开始了我的博士学位。在我的硕士研究期间，我在阿尔伯塔大学的机器人和计算机视觉小组工作过，研究过机器人操作和机器人臂。

我刚刚开始进入假肢领域。

你认为目前这项技术存在哪些安全问题?

对于这些智能假肢设备，我们始终把安全放在首位。因为这些设备是附着在人体上的。所以，归根结底，设备并不拥有最终的决定权。人始终对发生的事情拥有完全的控制权。我们可以向人提出建议，例如“我认为你想做这个”，但他们始终对发生的事情拥有最终的控制权。所以，我们始终在思考使用这些设备的个人的安全。

在之前的一次采访中，Patrick谈到了大脑通常需要适应设备，但在这种情况下，设备使用机器学习来适应大脑。你能讨论一下你的看法吗?

是的。所以，我们想为这些设备构建持续学习系统。所以，这一切都与映射用户的信号有关，在我们的例子中，将是EMG信号。所以，表面EMG，你将电极放在个体的残余肌肉上，然后你对这些输入信号做什么？所以，我们想将其映射到机器人运动，正确吗？你想打开手还是关闭手？首先，我们必须决定如何解决这个映射问题，这就是机器学习发挥作用的地方。

你有模式识别系统，所以我们可以预测特定肌肉激活时会发生什么。我们希望它能够在时间的推移中不断学习和适应。可以这样想，假设你的肌肉现在。如果你去健身房，你的肌肉形状会改变。那么，我们是否需要完全训练一个新的机器学习模型？不，我们希望设备和机器学习组件能够适应人体在时间的推移中发生的变化，或者随着他们的意图而变化。

你认为这些技术何时会出现在现实世界中?

我希望在我的博士研究期间。这是我的目标，即解决上肢假肢的控制问题。

那将会很棒。而在10年或20年的时间线中，您对辅助机器人的未来有什么设想?

我设想一个世界，个人可以在日常生活中使用假肢，就像我们使用自己的手臂一样。所以，要使其可靠、直观、易于使用，这就是我的目标。

你是否设想一个个性化的未来，较小的人会有较小的假肢？或者你认为它们都会是一样的?

不，绝对不是。我认为对于像假肢这样个人化的东西，你希望这些设备感觉像你自己身体的一部分。对吧？你希望它成为你的一部分。所以，这涉及到个性化和个体化的医疗保健。这些假肢需要根据使用它们的个体进行形状和适应。至少在我的看法中，我们已经看到这种情况正在发生。现在，当你去埃德蒙顿的格伦罗斯康复医院，并为新的假肢进行配备时，他们会对你的残肢进行3D建模，并根据你的需求定制假肢的尺寸。所以，我们已经看到这种情况正在发生，对于这些智能设备来说，这将会更加如此。

所以，它将会根据用户的需求定制3D打印，可能还有定制的控制系统。

是的，定制3D打印，定制尺寸，然后还有定制的控制系统。

用户需要多长时间才能学会使用这些系统?

我们的目标是能够训练一个更普遍的机器学习模型，然后在5到10分钟的训练课程中将其个性化。这个将会是我们的目标。

一旦你实现了这一目标，你接下来想研究什么?

我的研究的一个重要部分是与阿尔伯塔大学的解剖学系合作，我完全被人类如何操纵周围的世界所吸引。所以，所有与人类上肢相关的事情——我们的胳膊和手——都非常吸引人。我想专注于上肢假肢，并真正使这些设备对人们在现实世界中可用。

上肢假肢比下肢假肢更具挑战性吗?

下肢，运动是非常重复的。如果你想象我们的步态，这是一个更容易解决的控制问题。然而，对于上肢，你需要能够在3D空间中操纵物体，你有更多的自由度。如果你想，闭上眼睛，伸手到周围，你仍然可以通过手感受到周围的世界。所以，能够通过假肢恢复这种能力，我认为，对于医疗界来说，将会是令人惊奇的。

你能分享一下你如何从解剖学研究中汲取灵感吗?

我已经与阿尔伯塔大学解剖学系的Pierre Lemelin博士合作了五年。通过对人类解剖学的研究和了解我们如何在环境中操纵物体，哪些神经通路被激活，哪些肌肉被激活，我们可以利用这些知识不仅来改进假肢的结构，而且来改进底层的控制系统。如果我们能够理解哪些神经在激活，当我们想“打开我的手”时，我们能否利用这些知识来预测用户想要对假肢做什么，然后在机器人设备中执行该动作。

感谢这次精彩的采访，希望了解更多的读者可以访问以下资源:

• Dr. Patrick M. Pilarski – Unite.AI 采访
• BLINC Lab (用于改进自然控制的仿生肢体))
• Upper Bound AI 会议。
• Amii (艾伯塔机器智能研究所)