Laura Petrich, étudiante au doctorat en robotique et apprentissage automatique – Série d’entretiens

Laura est actuellement en doctorat en informatique sous la direction de Dr. Patrick Pilarski et Dr. Matthew E. Taylor. Elle a obtenu un baccalauréat en sciences avec mention en informatique de l’Université de l’Alberta en 2019 et une maîtrise en sciences en informatique de l’Université de l’Alberta en 2022. Ses intérêts de recherche incluent l’apprentissage par renforcement, l’interaction homme-robot, la biomécatronique et la robotique d’assistance. S’inspirant de ses études anatomiques avec Dr. Pierre Lemelin, la recherche de Laura vise à développer des méthodes de contrôle pour la manipulation robotique dans le but d’augmenter la fonctionnalité, l’utilisabilité, la fiabilité et la sécurité dans le monde réel.

Nous nous sommes assis pour un entretien lors de la conférence annuelle 2023 Upper Bound sur l’IA qui se tient à Edmonton, AB et est organisée par Amii (Alberta Machine Intelligence Institute).

Qu’est-ce qui vous a initialement attiré vers l’informatique?

Quand je suis revenue à l’école, je voulais être médecin à l’origine. Et l’équilibre entre la vie professionnelle et la vie personnelle est très important pour moi, donc je pouvais passer beaucoup de temps avec ma famille. Et j’ai toujours voulu aider les gens, et j’ai fini par prendre un cours d’informatique en première année d’université, et cela m’a semblé un outil incroyable que l’on pouvait utiliser pour résoudre des problèmes. Et je suis tombée amoureuse de la résolution de problèmes et j’ai décidé que pouvoir travailler dans le domaine de la technologie d’assistance où je pouvais utiliser cette résolution de problèmes pour vraiment aider les gens était où je voulais être.

Comment avez-vous découvert que la technologie d’assistance était votre passion?

J’ai suivi un cours de robotique en licence, et c’était où nous utilisions des kits Lego Mindstorm pour apprendre les bases de la mécatronique et de la robotique. Et cela a tout simplement cliqué que c’était amusant de travailler avec, et vous pouviez écrire des programmes et puis immédiatement voir les résultats. Donc, cela a tout simplement fait sens de fusionner mon amour du travail avec ces systèmes robotiques avec mon désir d’aider les gens. La technologie d’assistance correspond exactement à cet espace.

Pouvez-vous définir la mécatronique pour notre public?

Cela serait comme tout ce qui se trouve dans la sphère de la robotique où vous avez ces systèmes matériels, et vous pouvez les contrôler pour agir sur l’environnement.

Quels sont quelques-uns des différents cas d’utilisation sur lesquels vous avez travaillé pour cette technologie?

Actuellement, je travaille dans le BLINC Lab (Bionic Limbs for Improved Natural Control) avec Patrick (Pilarski), et le principal cas d’utilisation est que je travaille sur les prothèses de membre supérieur. Donc, nous avons ces appareils robotiques intelligents que vous pouvez contrôler par des signaux myoélectriques, et cela serait le principal cas d’utilisation, c’est-à-dire comment contrôler ces membres prothétiques qui sont maintenant attachés au corps humain pour faire ce que l’utilisateur veut.

Depuis combien de temps travaillez-vous spécifiquement sur cela?

Je viens de commencer mon doctorat en janvier. J’ai fait ma maîtrise dans le groupe de robotique et de vision par ordinateur de l’Université de l’Alberta, où j’ai travaillé sur la manipulation robotique avec des bras robotiques.

Je viens de me lancer dans le monde des prothèses.

Quels sont quelques-uns des problèmes de sécurité que vous seriez en mesure de dire avec la technologie actuelle?

Avec ces appareils prothétiques intelligents, nous mettons toujours la sécurité en premier et avant tout. C’est toujours ce à quoi nous pensons en premier, car ces appareils sont attachés à un humain. Donc, à la fin de la journée, l’appareil n’a pas le dernier mot. L’humain est toujours en contrôle total. Nous pouvons faire des suggestions à l’humain, dire : « Je pense que vous voulez faire cela », mais ils ont toujours le contrôle final sur ce qui se passe. Donc, nous pensons toujours à la sécurité de l’individu qui va utiliser ces appareils.

Dans un entretien précédent, Patrick parlait de la façon dont le cerveau doit généralement apprendre à s’adapter à l’appareil, mais dans ce cas, l’appareil utilise l’apprentissage automatique pour s’adapter au cerveau. Pouvez-vous discuter de vos vues sur ce sujet?

Oui. Donc, nous voulons construire des systèmes d’apprentissage continu pour fonctionner sur ces appareils. Donc, c’est tout sur la cartographie des signaux de l’utilisateur, qui dans notre cas serait des signaux EMG. Donc, des électrodes de surface EMG, vous mettez des électrodes sur les muscles résiduels de l’individu, et puis qu’est-ce que vous faites avec ces signaux d’entrée ? Donc, nous voulons les cartographier sur le mouvement robotique, droit ? Voulez-vous ouvrir la main ? Voulez-vous fermer la main ? Tout d’abord, nous devons décider de la façon dont nous allons résoudre ce problème de cartographie, et c’est là que l’apprentissage automatique entre en jeu.

Vous avez des systèmes de reconnaissance de modèles, donc nous pouvons prédire ce qui se passe avec l’activation spécifique du muscle. Nous voulons qu’il apprenne en continu et s’adapte au fil du temps. Vous pouvez penser que, disons, vos muscles en ce moment. Si vous alliez à la salle de sport, la forme de vos muscles change. Donc, devons-nous maintenant former un nouveau modèle d’apprentissage automatique ? Non. Nous voulons que l’appareil et les composants d’apprentissage automatique s’adaptent à la personne au fil du temps à mesure qu’ils subissent des changements ou que leur intention change.

Quel est le calendrier que vous pensez que nous allons voir ces appareils dans le monde réel?

J’espère que ce sera pendant mon doctorat. C’est mon objectif de résoudre ce problème de contrôle pour les prothèses de membre supérieur.

Cela serait incroyable. Et quelle est votre vision pour l’avenir de la robotique d’assistance, disons dans un délai de 10 ans ou 20 ans?

Je vois un monde où les individus qui souhaitent avoir une prothèse pour utiliser dans leur vie quotidienne pourraient l’utiliser de la même manière que nous utilisons nos bras. Donc, pour la rendre fiable, la rendre intuitive, la rendre facile à utiliser, c’est ce que je voudrais.

Et voyez-vous un avenir personnalisé où une personne plus petite aurait une prothèse plus petite? Ou pensez-vous qu’elles seraient toutes les mêmes?

Non, absolument. Je pense que pour quelque chose d’aussi personnel que cela, vous voulez que ces appareils se sentent comme une extension de votre propre corps. Donc, cela nous amène à une santé personnalisée et individualisée. Ces prothèses devraient être façonnées et adaptées à l’individu qui va les utiliser, du moins selon mon opinion. Nous voyons déjà cela. Actuellement, lorsque vous allez, disons, à l’hôpital de réadaptation Glenrose ici à Edmonton, et que vous vous faites adapter une nouvelle prothèse, ils prennent des modèles 3D de votre membre résiduel, et ils personnalisent la forme de votre prothèse à vous. Donc, nous voyons déjà cela se produire, et pour ces appareils intelligents, ce sera encore plus le cas.

Donc, cela sera imprimé en 3D, probablement, pour l’utilisateur.

Oui, imprimé en 3D, adapté et puis des systèmes de contrôle personnalisés également.

Et combien de temps faut-il à un utilisateur pour apprendre à utiliser l’un de ces systèmes?

Notre objectif est que nous pourrions former un modèle d’apprentissage automatique plus généralisé, et puis l’individualiser à la personne dans une séance de formation de cinq à dix minutes. Cela serait un objectif pour nous.

Une fois que vous aurez atteint cela, sur quoi aimeriez-vous travailler ensuite?

Une grande partie de ma recherche concerne également le travail avec le département d’anatomie de l’Université de l’Alberta, et je suis complètement fascinée par la façon dont nous, en tant qu’humains, manipulons le monde qui nous entoure. Donc, tout ce qui concerne le membre supérieur humain. Donc, nos bras et nos mains sont complètement fascinants. Donc, j’aimerais concentrer tous mes efforts sur les prothèses de membre supérieur et vraiment rendre ces appareils utilisables pour les gens dans le monde réel.

De quelle manière est-ce plus difficile que les membres inférieurs?

Le membre inférieur, le mouvement est très répétitif. Si vous pensez à notre marche, c’est un problème de contrôle plus facile à résoudre. Alors que, pour le membre supérieur, vous devez être capable de manipuler des objets dans l’espace 3D, vous avez tellement plus de degrés de liberté. Si vous pensez à cela, si nous fermons les yeux et que nous nous déplaçons, nous pouvons toujours voir le monde qui nous entoure à travers nos mains. Donc, nous avons ces organes sensoriels incroyables que nous pouvons utiliser pour explorer l’environnement. Donc, pour pouvoir donner cela à la communauté médicale à travers les prothèses, je pense que ce serait incroyable,

Pouvez-vous partager comment vous tirez l’inspiration des études anatomiques

J’ai travaillé avec Dr. Pierre Lemelin dans le département d’anatomie de l’Université de l’Alberta pendant les cinq dernières années maintenant. J’espère que grâce à l’étude de l’anatomie humaine et à la compréhension de la façon exacte dont nous manipulons les objets dans l’environnement, quels sont nos trajets nerveux, quels muscles sont activés, nous pouvons utiliser ces connaissances pour améliorer non seulement la structure des prothèses, mais également les systèmes de contrôle sous-jacents, comment nous les utilisons. Si nous pouvons comprendre exactement quels nerfs sont activés, lorsque nous pensons : « Ouvrez ma main », puis pouvons-nous utiliser cela pour prédire ce que l’utilisateur veut faire avec sa prothèse, et puis 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)