Naukowcy Opracowali Inteligentną Sztuczną Rękę Łączącą Kontrolę Użytkownika i Automatyzację

Naukowcy z Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne pracują nad nowymi sposobami poprawy kontroli rąk robotycznych, szczególnie dla amputowanych. Opracowali sposób łączenia indywidualnej kontroli palców i automatyzacji, aby poprawić chwytanie i manipulację. Przetestowali tę ideę neuroinżynierii i robotyki na trzech amputowanych i siedmiu zdrowych osobach. Wyniki badania zostały opublikowane w Nature Machine Intelligence.

Ta nowo opracowana technologia łączy dwie odrębne dziedziny kontroli rąk robotycznych. Jest to coś, co nie zostało wcześniej zrobione, i jest to nowy kierunek w dziedzinie współdzielonej kontroli w neuroprotezach.

Jeden z nowych pojęć pochodzi z neuroinżynierii. Zamierzona ruch palców jest identyfikowana przez odczyt aktywności mięśniowej na stumpie amputowanego. Następnie jest używana do indywidualnej kontroli palców protezy ręki. Inne pojęcie pochodzi z robotyki. Ręka robotyczna jest w stanie chwycić obiekty i utrzymać z nimi kontakt poprzez chwytanie.

“Gdy trzymasz obiekt w ręku, a zaczyna on ślizgać się, masz tylko kilka milisekund, aby zareagować”, wyjaśnia Aude Billard, kierownik Laboratorium Algorytmów i Systemów Uczących się EPFL. “Ręka robotyczna ma możliwość zareagowania w ciągu 400 milisekund. Wyposażona w czujniki ciśnienia na całej długości palców, może zareagować i ustabilizować obiekt, zanim mózg zdąży zrozumieć, że obiekt ślizga się.”

Proces rozpoczyna się od tego, że algorytm uczy się, jak odczytać intencje użytkownika, a następnie tłumaczy je na ruch palców protezy ręki. Aby to się stało, amputowany musi najpierw przeszkolić algorytm, który używa uczenia maszynowego, wykonując serię ruchów rąk. Używane są czujniki na stumpie amputowanego, które mogą wykryć pewne aktywności mięśniowe. Algorytm następnie uczy się i łączy ruchy rąk z odpowiadającą im aktywnością mięśniową. Ostatecznie algorytm będzie wiedział, jakie są zamierzone ruchy palców użytkownika, a następnie poszczególne palce mogą być kontrolowane na protezie ręki.

Katie Zhuang jest pierwszym autorem publikacji. Mówiła o algorytmie uczenia maszynowego.

“Ponieważ sygnały mięśniowe mogą być zakłócone, potrzebny jest algorytm uczenia maszynowego, który wyodrębnia istotną aktywność z tych mięśni i interpretuje ją jako ruchy”, powiedziała.

Następnie naukowcy opracowali algorytm tak, aby gdy użytkownik próbuje chwycić obiekt, uruchamiana jest automatyzacja robotyczna. Algorytm sygnalizuje protezie ręki, aby zamknęła palce i chwyciła obiekt, gdy obiekt zostanie wykryty przez czujniki na powierzchni protezy ręki. Naukowcy stworzyli ten nowy system na podstawie adaptacji z poprzedniej pracy. W tej pracy robotyczne ramiona zostały zaprojektowane do identyfikacji kształtu obiektów i chwytania ich na podstawie wyłącznie informacji dotykowych, bez polegania na sygnałach wizualnych.

Nadal istnieją wyzwania przed tym, jak ta technologia może być skutecznie wykorzystana wśród ludzi i stać się komercyjną opcją dla amputowanych, którzy szukają protez rąk. Jednak ta technologia jest ogromnym krokiem naprzód w tej dziedzinie i będzie nadal wpierać ideę łączenia człowieka i robotyki. Na razie algorytm jest nadal testowany na robocie.

“Nasze podejście do współdzielonej kontroli rąk robotycznych może być wykorzystane w kilku aplikacjach neuroprotezowych, takich jak protezy rąk bionicznych i interfejsy mózg-maszyna, zwiększając kliniczny wpływ i użyteczność tych urządzeń”, mówi Silvestro Micera, przewodniczący Fundacji Bertarelli w dziedzinie translacyjnej neuroinżynierii na EPFL i profesor bioelektroniki na Scuola Superiore Sant’Anna.