Лаура Петрич, аспирантка по робототехнике и машинному обучению – Серия 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 Лемелином, исследования Лауры направлены на разработку методов управления роботизированным манипулированием с целью повышения функциональности, удобства использования, надежности и безопасности в реальном мире.

Мы пообщались в рамках интервью на ежегодной конференции Upper Bound 2023 по ИИ, которая проходит в Эдмонтоне, Альберта, и организована Amii (Альбертский 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 быть able работать в области вспомогательной технологии, где я могла бы использовать решение проблем и помогать людям, было именно то, где я хотела быть.

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

Я взяла курс робототехники на факультете, и это было то, где мы использовали наборы Lego Mindstorm, чтобы изучить основы мехатроники и робототехники. И все просто стало ясно, что это было так весело работать, и вы могли писать программы, а затем сразу видеть результаты. Итак, это просто имело смысл объединить мою любовь к работе с этими роботизированными системами с моим желанием помогать людям. Вспомогательная технология просто идеально подходит для этого.

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

Это было бы как все внутри сферы робототехники, где у вас есть эти аппаратные системы, и вы можете контролировать их, чтобы внести изменения в окружающую среду.

Какие из различных случаев использования вы работали над этой технологией?

Сейчас я работаю в BLINC Lab (Бионические конечности для улучшенного естественного контроля) с Патриком (Пиларски), и основным случаем использования является то, что я работаю над верхними протезными конечностями. Итак, у нас есть эти умные роботизированные устройства, которые можно контролировать с помощью миоэлектрических сигналов, и основным случаем использования является то, как мы контролируем эти протезные конечности, 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 в Университете Альберты, где я работала над роботизированным манипулированием с помощью роботизированных рук.

Я только что начинаю заниматься протезированием.

Какие проблемы безопасности вы бы сказали, что существуют 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 первым, потому что эти устройства прикреплены к человеку. Итак, в конце концов, устройство не имеет последнего слова. Человек всегда находится под полным контролем. 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 том, чтобы сопоставить сигналы от пользователя, которые в нашем случае будут ЭМГ-сигналами. Итак, поверхностные ЭМГ, вы помещаете 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 мы должны решить, как мы решаем эту проблему сопоставления, и именно здесь вступает в силу машинное обучение.

У вас есть системы распознавания образов, поэтому мы можем предсказать, что происходит с конкретной мышечной активацией. Мы хотим, чтобы устройство и компоненты машинного обучения непрерывно учились и адаптировались с течением времени. Вы можете подумать, что, скажем, ваши мышцы сейчас. Если бы вы пошли в спортзал, ваша форма мышц изменилась бы. Итак, должны ли мы теперь полностью обучить новую модель машинного обучения? Нет. Мы хотим, чтобы устройство и компоненты машинного обучения адаптировались к человеку с течением времени, когда он проходит через изменения или когда его намерение меняется.

Какой срок, по вашему мнению, понадобится, чтобы мы увидели эти устройства в реальном мире?

Я надеюсь, что это будет в течение моей аспирантуры. Это моя цель – решить проблему управления верхними протезными конечностями.

Это было бы удивительно. А каково ваше видение будущего вспомогательной робототехники, скажем, в течение 10-летнего или 20-летнего срока?

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 свои руки. Итак, чтобы сделать ее надежной, интуитивно понятной, легкой в использовании, это то, чего я бы хотела.

И видите ли вы персонализированное будущее, где человеку меньшего роста будет присвоена меньшая протезная конечность? 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. Верно? Вы хотите, чтобы это было 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 проходите подгонку новой протезной конечности, они делают 3D-моделирование вашей остаточной конечности, и они персонализируют индивидуальную подгонку вашей протезной конечности под вас. Итак, мы уже видим, как это происходит, и для этих умных устройств это будет еще более так.

Итак, это будет индивидуально напечатано на 3D-принтере, вероятно, для пользователя.

Да, индивидуально напечатано на 3D-принтере, индивидуальная подгонка, и затем индивидуализированные системы управления.

И сколько времени, по вашему мнению, понадобится 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 была бы нашей цель.

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, как люди, манипулируем миром вокруг нас. Итак, все, что связано с человеческой верхней конечностью, нашими руками, совершенно fascinates меня. Итак, я бы хотела сосредоточить все свои усилия на верхних протезных конечностях и действительно сделать эти устройства пригодными для использования людьми 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 уметь манипулировать объектами в 3D-пространстве, у вас гораздо больше степеней свободы. Если вы подумаете об этом, если мы закроем глаза и потянемся, мы все еще можем видеть мир вокруг нас через наши руки. Итак, у нас есть эти удивительные сенсорные органы, которые мы можем использовать, чтобы исследовать окружающую среду. Итак, чтобы быть able вернуть это 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 Лемелином в анатомическом отделении Университета Альберты уже пять лет. Я надеюсь, что, изучая человеческую анатомию и понимая, как мы манипулируем объектами в окружающей среде, какие наши 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, что будет небольшим изменением в механическом дизайне, но мы увидим огромный прирост функциональности? Но также и лежащие в основе системы управления, как мы используем их. Если мы можем понять, какие именно нервы активируются, когда мы думаем: “О, откройте мою руку”, то можем ли мы использовать это, чтобы предсказать, что хочет сделать пользователь с своей протезной конечностью, и затем осуществить это движение в роботизированном устройстве.

Спасибо за удивительное интервью. Читателям, которые хотят узнать больше, рекомендуется посетить следующие ресурсы:

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