Лаура Петрич, аспирантка по робототехнике и машинному обучению – Интервью

Лаура в настоящее время проходит аспирантуру по информатике под руководством доктора Патрика Пиларски и доктора Мэтью Э. Тейлора. Она получила степень бакалавра с отличием по информатике в Университете Альберты в 2019 году и степень магистра по информатике в Университете Альберты в 2022 году. Ее исследовательские интересы включают обучение с подкреплением, взаимодействие человека и робота, биомехатронику и вспомогательную робототехнику. Вдохновленная своими анатомическими исследованиями с доктором Пьером Лемеленом, исследования Лауры направлены на разработку методов управления роботизированными манипуляциями с целью повышения функциональности, удобства использования, надежности и безопасности в реальном мире.

Мы сели для интервью на ежегодной конференции 2023 года Upper Bound по искусственному интеллекту, которая проходит в Эдмонтоне, Альберта, и организована Amii (Альберта Институт машинного интеллекта).

Что изначально привлекло вас к информатике?

Итак, когда я вернулась в школу, я хотела стать врачом. И баланс между работой и личной жизнью очень важен для меня, поэтому я могла проводить много времени с семьей. И я всегда хотела помогать людям, и я взяла курс информатики в первом году университета, и это просто показалось мне удивительным инструментом, который можно использовать для решения проблем. И я просто влюбилась в решение проблем и решила, что хочу работать в области вспомогательной технологии, где я могла бы использовать свои навыки решения проблем и действительно помогать людям.

Как вы узнали, что вспомогательная технология – это ваша страсть?

Я взяла курс робототехники на своем первом курсе, и это было так, когда мы использовали наборы Lego Mindstorm, чтобы изучить основы мехатроники и робототехники. И все просто стало понятно, что это так весело работать с этим, и вы можете писать программы, а затем сразу видеть результат. Итак, все стало понятно, что нужно объединить мою любовь к работе с этими роботизированными системами с моим желанием помогать людям. Вспомогательная технология просто идеально подходит для этого.

Можете ли вы объяснить, что такое мехатроника для нашей аудитории?

Это будет все, что находится в сфере робототехники, где у вас есть эти аппаратные системы, и вы можете контролировать их, чтобы внести изменения в окружающую среду.

Какие разные варианты использования вы работали над этой технологией?

Сейчас я работаю в BLINC Lab (Бионические конечности для улучшенного естественного контроля) с Патриком (Пиларски), и основной вариант использования – я работаю над протезами верхних конечностей. Итак, у нас есть эти умные роботизированные устройства, которые можно контролировать с помощью миоэлектрических сигналов, и основной вариант использования – как мы контролируем эти протезы, которые теперь прикреплены к человеческому телу, чтобы сделать то, что хочет пользователь.

Как долго вы работаете над этим конкретно?

Я только что начала свою аспирантуру в январе. Я сделала свою магистерскую диссертацию в группе робототехники и компьютерного зрения Университета Альберты, где я работала над роботизированными манипуляциями с роботизированными руками.

Я только что начинаю работать в области протезов.

Какие проблемы безопасности вы бы назвали с этой технологией на данный момент?

С этими умными протезными устройствами мы всегда ставим безопасность на первое место. Это всегда то, о чем мы думаем сначала, потому что эти устройства прикреплены к человеку. Итак, в конце концов, устройство не имеет последнего слова. Человек всегда полностью контролирует. Мы можем сделать предложения человеку, сказать: “Я думаю, что вы хотите сделать это”, но они всегда имеют последнее слово в том, что происходит. Итак, мы всегда думаем о безопасности человека, который будет использовать эти устройства.

В предыдущем интервью Патрик говорил о том, что обычно мозг должен учиться адаптироваться к устройству, но в этом случае устройство использует машинное обучение, чтобы адаптироваться к мозгу. Можете ли вы обсудить свои взгляды на это?

Да. Итак, мы хотим построить системы непрерывного обучения для работы на этих устройствах. Итак, все это о картировании сигналов от пользователя, которые в нашем случае будут ЭМГ-сигналами. Итак, поверхностные ЭМГ, вы ставите электроды на остаточные мышцы человека, и затем что вы делаете с этими входными сигналами? Итак, мы хотим сопоставить их с роботизированным движением, верно? Хотите ли вы открыть руку? Хотите ли вы закрыть руку? Сначала нам нужно решить, как мы делаем эту проблему сопоставления, и вот где вступает в силу машинное обучение.

У вас есть системы распознавания образов, поэтому мы можем предсказать, что происходит с конкретной мышечной активацией. Мы хотим, чтобы оно непрерывно училось и адаптировалось со временем. Вы можете подумать, что ваши мышцы сейчас. Если бы вы пошли в спортзал, ваша мышечная форма изменится. Итак, должны ли мы теперь полностью обучить новую модель машинного обучения? Нет. Мы хотим, чтобы устройство и компоненты машинного обучения адаптировались к человеку со временем, когда он проходит через изменения или когда его намерения меняются.

Какой срок, по вашему мнению, будет до того, как мы увидим эти устройства в реальном мире?

Я надеюсь, что это будет в течение моей аспирантуры. Это моя цель – решить эту проблему управления для протезов верхних конечностей.

Это было бы удивительно. А каково ваше видение будущего вспомогательной робототехники, скажем, за 10-летний или 20-летний период?

Я представляю себе мир, где люди, которые хотели бы иметь протезную конечность для использования в повседневной жизни, могли бы использовать ее так, как мы используем наши руки. Итак, сделать ее надежной, сделать ее интуитивной, сделать ее легкой в использовании, это то, чего я бы хотела.

И видите ли вы персонализированное будущее, где человеку с меньшим ростом будет присвоен меньший протез? Или вы думаете, что они будут все одинаковыми?

Нет, абсолютно. Я думаю, что для чего-то такого личного, как это, вы хотите, чтобы эти устройства чувствовались как продолжение вашего собственного тела. Правильно? Вы хотите, чтобы они были частью вас. Итак, это приводит нас к персонализированной и индивидуализированной медицине. Эти протезные конечности должны быть сформированы и адаптированы к человеку, который будет их использовать, по крайней мере, на мой взгляд. Мы уже видим это. Сейчас, когда вы идете, скажем, в госпиталь реабилитации Гленроуз в Эдмонтоне, и вы подготавливаетесь к новому протезу, они делают 3D-моделирование вашей остаточной конечности, и они персонализируют индивидуальный протез под вашу конечность. Итак, мы уже видим это, и для этих умных устройств это будет еще более так.

Итак, это будет индивидуально изготовлено с помощью 3D-печати, вероятно, для пользователя.

Да, индивидуально изготовлено, индивидуально подогнано, и затем индивидуализированные системы управления, также.

И сколько времени потребуется пользователю, чтобы научиться использовать одну из этих систем?

Наша цель – обучить более обобщенную модель машинного обучения, а затем индивидуализировать ее для человека в течение 5-10 минут обучения. Это будет нашей целью.

Как только вы достигнете этого, над чем бы вы хотели работать дальше?

Большая часть моих исследований также связана с работой в анатомическом отделении Университета Альберты, и я абсолютно увлечена тем, как мы, люди, манипулируем миром вокруг нас. Итак, все, что связано с человеческой верхней конечностью, нашими руками, абсолютно fascinates меня. Итак, я бы хотела сосредоточить все свои усилия на протезах верхних конечностей и действительно сделать эти устройства пригодными для людей в реальном мире.

В каких аспектах это более сложно, чем нижние конечности?

Нижняя конечность, движение очень повторяющееся. Если вы думаете о нашей походке, это более простая проблема управления. В то время как для верхней конечности вам нужно быть able манипулировать объектами в 3D-пространстве, у вас есть гораздо больше степеней свободы. Если вы подумаете об этом, если мы закроем глаза и потянемся вокруг, мы все еще можем видеть мир вокруг нас через наши руки. Итак, мы имеем эти удивительные сенсорные органы, которые мы можем использовать, чтобы исследовать окружающую среду. Итак, чтобы быть able дать это обратно медицинскому сообществу через протезные конечности, я думаю, было бы удивительно.

Можете ли вы поделиться, как вы черпаете вдохновение из анатомических исследований

Я работала с доктором Пьером Лемеленом в анатомическом отделении Университета Альберты в течение последних пяти лет. Я надеюсь, что, изучая человеческую анатомию и понимая, как мы манипулируем объектами в окружающей среде, какие нервные пути, какие мышцы активируются, мы можем использовать эти знания, чтобы не только улучшить структуру протезных конечностей.

Есть ли небольшие места в самом дизайне протезной конечности, которые мы можем изменить, чтобы увидеть значительное увеличение функциональности? Но также и лежащие в основе системы управления, как мы используем их. Если мы можем понять, какие именно нервы срабатывают, когда мы думаем: “Откройте мою руку”, то можем ли мы использовать это, чтобы предсказать, что пользователь хочет сделать со своей протезной конечностью, и затем воплотить это движение в роботизированном устройстве. Thank you for the amazing interview, readers who wish to learn more should visit the following resources:

• Доктор Патрик М. Пиларски – Unite.AI Интервью
• BLINC Lab (Бионические конечности для улучшенного естественного контроля))
• Upper Bound AI Конференция.
• Amii (Альберта Институт машинного интеллекта)