Sztuczna inteligencja otwiera nowe możliwości dla protez z ręką wydrukowaną w technologii 3D

Naukowcy z Biological Systems Lab na Uniwersytecie w Hiroszimie w Japonii opracowali nową protezę ręki wydrukowaną w technologii 3D, połączoną z sztuczną inteligencją. Ta nowa technologia może diametralnie zmienić sposób, w jaki funkcjonują protezy. Jest to kolejny krok w kierunku łączenia ludzkiego ciała z sztuczną inteligencją, co jest kierunkiem, w którym bez wątpienia się rozwijamy.

Ręka protezowa wydrukowana w technologii 3D została połączona z interfejsem komputera, tworząc najlżejszy i najtańszy model dotąd. Ta wersja jest najbardziej wrażliwa na intencje ruchu, jakie do tej pory widzieliśmy. Przed modelem bieżącym były one zwykle wykonane z metalu, co powodowało, że były cięższe i droższe. Nowa technologia działa poprzez sieć neuronową, która jest szkolona do rozpoznawania pewnych połączonych sygnałów, określonych przez inżynierów pracujących nad projektem jako „synergia mięśni”.

Protezowa ręka ma pięć niezależnych palców, które mogą wykonywać złożone ruchy. W porównaniu z poprzednimi modelami, palce te mogą poruszać się bardziej oraz wszystkie naraz. Te rozwoje umożliwiają użycie ręki do zadań takich jak trzymanie przedmiotów, takich jak butelki i długopisy. Kiedy użytkownik technologii chce poruszyć ręką lub palcami w określony sposób, musi tylko o tym pomyśleć. Profesor Toshio Tsuji ze Szkoły Inżynierskiej na Uniwersytecie w Hiroszimie wyjaśnił, w jaki sposób użytkownik może kontrolować wydrukowaną w technologii 3D rękę.

„Pacjent po prostu myśli o ruchu ręki, a następnie robot automatycznie się porusza. Robot jest jak część jego ciała. Możesz kontrolować robota tak, jak chcesz. Połączymy ludzkie ciało i maszynę jak jeden żywy organizm.”

Ręka wydrukowana w technologii 3D działa, gdy elektrody w protezie mierzą sygnały elektryczne pochodzące z nerwów przez skórę. Może to być porównane do sposobu, w jaki działają EKG i tętno. Pomiary sygnałów są następnie wysyłane do komputera w ciągu pięciu milisekund, w momencie, gdy komputer rozpoznaje pożądany ruch. Komputer następnie wysyła sygnał z powrotem do ręki.

Istnieje sieć neuronowa, która pomaga komputerowi uczyć się różnych złożonych ruchów, nazwana Interfejsem Cybernetycznym. Może ona odróżniać pięć palców, tak aby mogły występować indywidualne ruchy. Profesor Tsuji również wypowiedział się na temat tego aspektu nowej technologii.

„Jest to jedna z charakterystycznych cech tego projektu. Maszyna może uczyć się prostych, podstawowych ruchów, a następnie łączyć je i wytwarzać skomplikowane ruchy.”

Technologia została przetestowana na siedmiu osobach, a jedną z nich był amputowany, który nosił protezę przez 17 lat. Pacjenci wykonali zadania codzienne i mieli wskaźnik dokładności 95% dla pojedynczych, prostych ruchów oraz 93% dla ruchów złożonych. Protezy użyte w tym teście były szkolone tylko w pięciu różnych ruchach dla każdego palca; mogą być jeszcze bardziej złożone ruchy w przyszłości. Zaledwie przy tych pięciu nauczonych ruchach, pacjent amputowany mógł podnosić i odkładać przedmioty takie jak butelki i notatniki.

Istnieje wiele możliwości tej technologii. Mogłaby ona zmniejszyć koszty, jednocześnie dostarczając bardzo funkcjonalne protezy rąk amputowanym pacjentom. Wciąż istnieją pewne problemy, takie jak zmęczenie mięśni oraz zdolność oprogramowania do rozpoznawania wielu złożonych ruchów.

Praca ta została ukończona przez Laboratorium Inżynierii Biologicznych Systemów na Uniwersytecie w Hiroszimie wraz z pacjentami z Centrum Rehabilitacji Robotycznej w Instytucie Technologii Wspomagającej w Kobe. Firma Kinki Gishi była odpowiedzialna za stworzenie gniazda, które zostało użyte na ramieniu pacjenta amputowanego.