Program strojového učení spojuje lidský mozek a ovládá roboty

Výzkumníci z Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne vyvinuli program strojového učení, který lze připojit k lidskému mozku a použít k ovládání robota. Program může měnit pohyb robota na základě elektrických signálů z mozku.

Tyto nové pokroky mohou pomoci tetraplegickým pacientům, kteří nejsou schopni mluvit nebo provádět pohyby. Navazují na velké množství práce, která byla provedena v minulosti na vývoj systémů, které pomáhají těmto pacientům dokončovat úkoly sami.

Studie byla publikována v Communications Biology.

Prof. Aude Billard je vedoucí laboratoře Learning Algorithms and Systems Laboratory na EPFL.

“Lidé se spinální lézí často trpí trvalými neurologickými deficity a závažnými motorickými postiženími, která jim brání v provádění даже nejjednodušších úkolů, jako je uchopení předmětu,” řekl Billard. “Asistence od robotů by mohla těmto lidem pomoci získat zpět část své ztracené zručnosti, protože robot může vykonávat úkoly jejich jménem.”

Pohyb robota pomocí myšlenek

Spolu s José del R. Millánem vyvinuli Prof. Billard a dvě výzkumné skupiny počítačový program, který nevyžaduje žádné hlasové ovládání nebo dotykové funkce. Pacienti mohou ovládat robota pouze pomocí svých myšlenek.

Výzkumníci začali vyvíjet systém tím, že jej založili na robotické paži, která byla vyvinuta před lety. Může se pohybovat dopředu a dozadu, zprava doleva, a také přesouvat předměty před sebou a vyhýbat se překážkám na své cestě.

“V naší studii jsme naprogramovali robota, aby se vyhnul překážkám, ale mohli jsme vybrat jakýkoli jiný typ úkolu, jako je naplnění sklenice vodou nebo tlačení nebo táhnutí předmětu,” říká Prof. Billard.

Výzkumníci poté vylepšili mechanismus robota pro vyhýbání se překážkám, aby byl přesnější.

Carolina Gaspar Pinto Ramon Correia je doktorandka v laboratoři Prof. Billarda.

“Zpočátku by robot zvolil cestu, která byla příliš široká pro některé překážky, a tak se dostal příliš daleko, a nebyla dostatečně široká pro ostatní, a tak se dostal příliš blízko,” říká Correia. “Jelikož byl náš cíl pomoci pacientům s paralýzou, museli jsme najít způsob, jak uživatelé mohou komunikovat s robotem bez nutnosti mluvit nebo pohybovat se.”

Vývoj algoritmu

Aby toho dosáhli, museli vyvinout algoritmus, který by mohl upravit pohyb robota pouze na základě myšlenek pacienta. Algoritmus byl připojen k hlavové čepici vybavené elektrodami pro běh EEG skenů mozkové činnosti pacienta.

Pacient potřebuje pouze podívat se na robota, aby mohl použít systém. Když robot provede nesprávný pohyb, mozek pacienta vyšle “chybové hlášení” prostřednictvím jasně identifikovatelného signálu, který signalizuje robotovi, že provedl nesprávnou akci. Robot zpočátku nerozumí, proč dostává signál, ale chybové hlášení je poté zavedeno do algoritmu. Algoritmus používá přístup inverse reinforcement learning, aby zjistil, co pacient chce a jaké akce by měl robot provést.

Proces pokusů a omylů znamená, že robot zkouší různé pohyby, aby zjistil, který je správný, a obvykle stačí pouze tři až pět pokusů, aby zjistil správnou odpověď.

“Program AI robota se může rychle učit, ale musíte mu říct, když udělá chybu, aby mohl korigovat své chování,” říká Prof. Millán. “Vývoj technologie pro detekci chybových signálů byl jedním z největších technických výzev, kterým jsme čelili.”

Iason Batzianoulis je hlavní autor studie.

“Co bylo besonders obtížné v naší studii, bylo propojení mozkové činnosti pacienta s kontrolním systémem robota – nebo jinými slovy, ‘přeložení’ mozkových signálů pacienta do akcí provedených robotem,” říká Batzianoulis. “To jsme udělali pomocí strojového učení, abychom propojili daný mozkový signál se specifickou úkolem. Poté jsme přidružili úkoly k jednotlivým kontrolám robota, aby robot provedl to, co má pacient na mysli.”

Výzkumníci věří, že algoritmus by mohl být v budoucnu použit k ovládání vozíků.

“Prozatím jsou zde ještě许多 inženýrských překážek, které je třeba překonat,” říká Prof. Billard. “A vozíky představují zcela novou sadu výzev, protože se pohybují jak pacient, tak robot.”