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

Laura poursuit actuellement un doctorat en informatique sous la supervision du Dr Patrick Pilarski et du Dr Matthew E. Taylor. Elle a obtenu un B.Sc. avec mention en informatique de l’Université de l’Alberta en 2019 et un M.Sc. en informatique de l’Université de l’Alberta en 2022. Ses intérêts de recherche incluent l’apprentissage par renforcement, l’interaction humain-robot, la biomécatronique et la robotique d’assistance. S’inspirant de ses études anatomiques avec le 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 une entrevue 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 ?

Alors, quand je suis revenue à l’école, je voulais vraiment être médecin pour commencer. Et l’équilibre entre la vie professionnelle et la vie personnelle est vraiment 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 l’espace de la technologie d’assistance où je pouvais utiliser la résolution de problèmes pour aider les gens dans le processus 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’est là que nous avons utilisé des kits Lego Mindstorm pour apprendre les bases de la mécatronique et de la robotique. Et tout s’est cliqué ensemble, c’était tellement amusant de travailler avec, et vous pouviez écrire des programmes et puis voir immédiatement les résultats. Donc, cela avait tout bon 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 provoquer un changement dans l’environnement.

Quels sont les différents cas d’utilisation que vous avez travaillés pour cette technologie ?

Actuellement, je travaille dans le laboratoire BLINC (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 le principal cas d’utilisation est de savoir comment contrôler ces prothèses de membre supérieur qui sont maintenant attachées 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 à l’Université de l’Alberta, où j’ai travaillé sur la manipulation robotique avec des bras robotiques.

Je viens de commencer à explorer le monde des prothèses.

Quels sont les problèmes de sécurité que vous diriez avec la technologie en ce moment ?

Avec ces appareils prothétiques intelligents, nous mettons toujours la sécurité en premier et au premier plan. 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 une entrevue précédente, 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 points de vue sur cela ?

Oui. Donc, nous voulons construire des systèmes d’apprentissage continu pour fonctionner sur ces appareils. Donc, tout est question de cartographier les signaux de l’utilisateur, qui dans notre cas serait des signaux EMG. Donc, des EMG de surface, 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 que la main soit ouverte ? Voulez-vous que la main soit fermée ? Tout d’abord, nous devons décider comment 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 musculaire spécifique. 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 tout 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 me vois un monde où les individus qui aimeraient avoir une prothèse de membre pour l’utiliser dans leur vie quotidienne pourraient l’utiliser de la même manière que nous utilisons nos bras. Donc, 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, vous voulez que ces appareils se sentent comme une extension de votre propre corps. Droit ? Vous voulez qu’il fasse partie de vous. Donc, cela nous amène à des soins de santé personnalisés et individualisés. Ces prothèses de membre supérieur devraient être façonnées et adaptées à l’individu qui les utilisera, 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 êtes en train d’être équipé d’une nouvelle prothèse, ils font une modélisation 3D de votre membre résiduel, et ils personnalisez la conception de votre prothèse de membre supérieur pour vous. Donc, nous voyons déjà cela se produire, et pour ces appareils intelligents, ce sera encore plus le cas.

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

Oui, imprimé en 3D sur mesure, ajusté sur mesure, 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 puissions former un modèle d’apprentissage automatique plus généralisé, et puis l’individualiser pour 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 me concentrer 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 démarche, 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 y pensez, si nous fermons les yeux et que nous tendons la main, nous pouvons encore 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 être capable de rendre cela aux personnes ayant des besoins médicaux à travers des prothèses de membre supérieur, je pense que cela serait incroyable,

Pouvez-vous partager comment vous tirez inspiration des études anatomiques

J’ai travaillé avec le 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 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 de membre supérieur.

Y a-t-il de petits endroits dans la conception réelle de la prothèse de membre supérieur que nous pouvons changer qui seraient un petit ajustement dans la conception mécanique, mais qui verrait une augmentation énorme de la fonction ? Mais aussi, les systèmes de contrôle sous-jacents, comment nous les utilisons. Si nous pouvons comprendre exactement quels nerfs sont activés, lorsque nous pensons : « Oh, ouvrez ma main », alors pouvons-nous utiliser cela pour prédire ce que l’utilisateur veut faire avec sa prothèse de membre supérieur, et puis exécuter ce mouvement dans l’appareil robotique.

Merci pour cette incroyable entrevue, les lecteurs qui souhaitent en savoir plus peuvent visiter les ressources suivantes :

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