ลอร่า เพทริช นักศึกษาปริญญาเอกด้านหุ่นยนต์และการเรียนรู้ของเครื่อง – ชุดบทสัมภาษณ์

ลอร่ากำลังศึกษาปริญญาเอกด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ภายใต้การดูแลของดร. Patrick Pilarskiและดร. Matthew E. Taylor เธอได้รับปริญญาตรีเกียรตินิยมด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์จากมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตาในปี 2019 และปริญญาโทด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์จากมหาวิทยาลัยเดียวกันในปี 2022 ความสนใจในการวิจัยของเธอได้แก่ การเรียนรู้แบบเสริมกำลัง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์ ชีวเมคาทรอนิกส์ และหุ่นยนต์ช่วยเหลือ เธอได้รับแรงบันดาลใจจากการศึกษากายวิภาคศาสตร์กับดร. Pierre Lemelin และต้องการพัฒนาวิธีควบคุมการหยิบจับด้วยหุ่นยนต์ เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำงาน ความสะดวกในการใช้ ความน่าเชื่อถือ และความปลอดภัยในการใช้งานจริง

เราสัมภาษณ์เธอในการประชุม AI ประจำปี 2023Upper Boundซึ่งจัดที่เอ็ดมอนตัน รัฐอัลเบอร์ตา โดยAmii(สถาบันปัญญาประดิษฐ์อัลเบอร์ตา)

อะไรทำให้คุณสนใจวิทยาการคอมพิวเตอร์ในตอนแรก?

เมื่อกลับมาเรียน ตอนแรกฉันอยากเป็นแพทย์ ความสมดุลระหว่างงานกับชีวิตสำคัญมาก เพราะฉันอยากมีเวลาอยู่กับครอบครัวมาก ๆ และอยากช่วยเหลือผู้คนมาตลอด พอได้เรียนวิชาคอมพิวเตอร์ในปีแรกของมหาวิทยาลัย ฉันรู้สึกว่านี่เป็นเครื่องมือแก้ปัญหาที่น่าทึ่ง ฉันชอบการแก้ปัญหา และตัดสินใจว่าต้องการทำงานด้านเทคโนโลยีช่วยเหลือ ซึ่งเปิดโอกาสให้ใช้ความสามารถนั้นและช่วยคนจริง ๆ ไปพร้อมกัน

คุณค้นพบได้อย่างไรว่าเทคโนโลยีช่วยเหลือคือสิ่งที่อยากทุ่มเทให้?

ฉันเรียนวิชาหุ่นยนต์ในระดับปริญญาตรี โดยใช้ชุด Lego Mindstorm เรียนพื้นฐานเมคาทรอนิกส์และหุ่นยนต์ ทุกอย่างเชื่อมโยงกันทันที เพราะทำงานกับมันสนุกมาก และเมื่อเขียนโปรแกรมก็เห็นผลได้ทันที การรวมความชอบระบบหุ่นยนต์เข้ากับความต้องการช่วยผู้คนจึงเป็นเรื่องเป็นธรรมชาติ เทคโนโลยีช่วยเหลือตรงกับสิ่งนั้นพอดี

ช่วยอธิบายเมคาทรอนิกส์ให้ผู้อ่านฟังได้ไหม?

อาจมองว่าเป็นสิ่งต่าง ๆ ในขอบเขตของหุ่นยนต์ที่มีระบบฮาร์ดแวร์ และเราควบคุมระบบเหล่านั้นให้สร้างการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมได้

คุณเคยทำงานกับการใช้งานเทคโนโลยีนี้ในด้านใดบ้าง?

ตอนนี้ฉันทำงานกับ Patrick Pilarski ที่BLINC Lab(Bionic Limbs for Improved Natural Control) โดยเน้นแขนเทียม เรามีอุปกรณ์หุ่นยนต์อัจฉริยะที่ควบคุมผ่านสัญญาณไฟฟ้าจากกล้ามเนื้อได้ ประเด็นหลักคือจะควบคุมแขนเทียมที่ติดอยู่กับร่างกายมนุษย์อย่างไร ให้ทำสิ่งที่ผู้ใช้ต้องการ

คุณทำงานด้านนี้โดยเฉพาะมานานเท่าไรแล้ว?

ฉันเพิ่งเริ่มปริญญาเอกเมื่อเดือนมกราคม ตอนทำปริญญาโท ฉันอยู่ในกลุ่มวิจัยหุ่นยนต์และคอมพิวเตอร์วิทัศน์ของมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตา โดยศึกษาการหยิบจับด้วยแขนกล

ตอนนี้จึงเพิ่งเข้าสู่โลกของอวัยวะเทียม

ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้มีประเด็นความปลอดภัยอะไรบ้าง?

สำหรับอวัยวะเทียมอัจฉริยะ เราให้ความปลอดภัยมาก่อนเสมอ เพราะอุปกรณ์ติดอยู่กับตัวคน ท้ายที่สุดอุปกรณ์ไม่ได้เป็นผู้ตัดสินใจ คนยังมีอำนาจควบคุมอย่างเต็มที่ เราอาจเสนอว่า “ฉันคิดว่าคุณอยากทำแบบนี้” แต่ผู้ใช้มีสิทธิ์ตัดสินใจสุดท้ายเสมอ เราจึงคำนึงถึงความปลอดภัยของผู้ใช้อุปกรณ์ตลอดเวลา

ในการสัมภาษณ์ก่อนหน้านี้Patrick กล่าวว่าโดยทั่วไปสมองต้องเรียนรู้เพื่อปรับตัวเข้ากับอุปกรณ์ แต่ในกรณีนี้อุปกรณ์ใช้แมชชีนเลิร์นนิงปรับตัวเข้ากับสมอง คุณมีมุมมองอย่างไร?

ใช่ค่ะ เราต้องการสร้างระบบเรียนรู้อย่างต่อเนื่องให้ทำงานบนอุปกรณ์เหล่านี้ โดยแปลงสัญญาณจากผู้ใช้ ซึ่งในกรณีของเราคือสัญญาณคลื่นไฟฟ้ากล้ามเนื้อหรือ EMG เราติดขั้วไฟฟ้าบนผิวหนังเหนือกล้ามเนื้อที่เหลืออยู่ จากนั้นจะทำอย่างไรกับสัญญาณขาเข้า? เราต้องการเชื่อมโยงมันกับการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ เช่น ผู้ใช้ต้องการแบมือหรือกำมือ ขั้นแรกต้องกำหนดวิธีแก้ปัญหาการจับคู่นี้ และแมชชีนเลิร์นนิงเข้ามาช่วยตรงนั้น

เรามีระบบรู้จำรูปแบบที่ใช้ทำนายจากการทำงานของกล้ามเนื้อเฉพาะส่วน และต้องการให้มันเรียนรู้และปรับตัวต่อเนื่องตามเวลา ลองคิดถึงกล้ามเนื้อของเรา เมื่อไปออกกำลังกาย รูปร่างกล้ามเนื้อจะเปลี่ยน แล้วต้องฝึกโมเดลใหม่ทั้งหมดหรือ? ไม่ค่ะ เราต้องการให้อุปกรณ์และส่วนแมชชีนเลิร์นนิงปรับตัวเข้ากับบุคคลตามการเปลี่ยนแปลงของร่างกายหรือความตั้งใจ

คุณคิดว่าจะใช้เวลานานเท่าไรก่อนที่เราจะเห็นสิ่งเหล่านี้ในโลกจริง?

ฉันหวังว่าจะทำได้ภายในช่วงปริญญาเอก เป้าหมายของฉันคือแก้ปัญหาการควบคุมแขนเทียม

นั่นจะยอดเยี่ยมมาก ในอีก 10 หรือ 20 ปี คุณมองอนาคตของหุ่นยนต์ช่วยเหลือไว้อย่างไร?

ฉันอยากเห็นโลกที่คนซึ่งต้องการใช้อวัยวะเทียมในชีวิตประจำวัน สามารถใช้มันเหมือนที่เราใช้แขนของเรา ทำให้มันเชื่อถือได้ เข้าใจง่าย และใช้งานสะดวก นั่นคือสิ่งที่อยากเห็น

คุณคิดว่าอนาคตจะปรับให้เหมาะกับแต่ละคน เช่น คนตัวเล็กมีอวัยวะเทียมขนาดเล็ก หรือทุกคนจะใช้แบบเดียวกัน?

ควรปรับเฉพาะบุคคลอย่างแน่นอนค่ะ สำหรับสิ่งที่ใกล้ชิดกับตัวเราขนาดนี้ เราต้องการให้รู้สึกว่าเป็นส่วนต่อของร่างกายและเป็นส่วนหนึ่งของเรา นั่นนำไปสู่การดูแลสุขภาพเฉพาะบุคคล ในความเห็นของฉัน อวัยวะเทียมต้องมีรูปร่างและการปรับให้เหมาะกับผู้ใช้แต่ละคน ปัจจุบันก็มีแล้ว เช่น เมื่อไปติดตั้งอวัยวะเทียมใหม่ที่ Glenrose Rehabilitation Hospital ในเอ็ดมอนตัน จะสร้างแบบจำลองสามมิติของส่วนแขนหรือขาที่เหลืออยู่ แล้วปรับความกระชับให้เหมาะกับเรา สำหรับอุปกรณ์อัจฉริยะ การปรับเฉพาะบุคคลจะยิ่งมากขึ้น

ดังนั้นก็น่าจะพิมพ์สามมิติขึ้นมาเฉพาะสำหรับผู้ใช้ใช่ไหม?

ใช่ค่ะ ทั้งการพิมพ์สามมิติเฉพาะบุคคล การปรับให้พอดี และระบบควบคุมที่ปรับให้เหมาะกับแต่ละคนด้วย

ผู้ใช้ต้องใช้เวลานานเท่าไรเพื่อเรียนรู้การใช้ระบบแบบนี้?

เป้าหมายของเราคือฝึกโมเดลแมชชีนเลิร์นนิงที่ใช้ได้ทั่วไปก่อน แล้วปรับให้เข้ากับบุคคลภายในช่วงฝึก 5–10 นาที นั่นคือเป้าหมายที่วางไว้

เมื่อทำสำเร็จแล้ว คุณอยากทำอะไรต่อ?

ส่วนสำคัญของงานวิจัยฉันคือการทำงานกับภาควิชากายวิภาคศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตา ฉันหลงใหลในวิธีที่มนุษย์จัดการสิ่งต่าง ๆ รอบตัว โดยเฉพาะทุกอย่างเกี่ยวกับแขนและมือ จึงอยากทุ่มเททั้งหมดกับแขนเทียม และทำให้อุปกรณ์เหล่านี้ใช้งานได้จริงสำหรับผู้คน

แขนและมือมีความท้าทายมากกว่าขาอย่างไร?

การเคลื่อนไหวของขาค่อนข้างซ้ำเดิม ถ้าคิดถึงรูปแบบการเดิน ปัญหาควบคุมจะง่ายกว่า ส่วนแขนและมือต้องหยิบจับวัตถุในพื้นที่สามมิติและมีองศาอิสระมากกว่ามาก แม้หลับตาแล้วเอื้อมมือไปรอบ ๆ เราก็ยังรับรู้โลกผ่านมือได้ เรามีอวัยวะรับความรู้สึกที่น่าทึ่งสำหรับสำรวจสภาพแวดล้อม ถ้าคืนความสามารถนั้นผ่านอวัยวะเทียมให้ผู้ที่ต้องการได้ ก็จะยอดเยี่ยมมาก

ช่วยเล่าว่าคุณได้แรงบันดาลใจจากการศึกษากายวิภาคศาสตร์อย่างไร?

ฉันทำงานกับดร. Pierre Lemelin ในภาควิชากายวิภาคศาสตร์ของมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตามาห้าปีแล้ว หวังว่าการศึกษาร่างกายมนุษย์และทำความเข้าใจว่าเราจัดการวัตถุในสภาพแวดล้อมอย่างไร เส้นทางประสาทเป็นอย่างไร และกล้ามเนื้อใดทำงาน จะช่วยปรับปรุงโครงสร้างอวัยวะเทียมได้

มีจุดเล็ก ๆ ในการออกแบบที่เราเปลี่ยนเพียงนิดเดียวทางกลไก แต่เพิ่มความสามารถในการทำงานได้มากหรือไม่? รวมถึงระบบควบคุมที่อยู่เบื้องหลังและวิธีใช้งานด้วย ถ้าเรารู้ชัดว่าประสาทใดส่งสัญญาณเมื่อคิดว่า “แบมือ” เราจะใช้ข้อมูลนั้นทำนายสิ่งที่ผู้ใช้ต้องการทำด้วยอวัยวะเทียม แล้วให้หุ่นยนต์ทำการเคลื่อนไหวนั้นได้หรือไม่?

ขอบคุณสำหรับการสัมภาษณ์ที่ยอดเยี่ยม ผู้อ่านที่ต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมสามารถเยี่ยมชมแหล่งข้อมูลต่อไปนี้:

• ดร. Patrick M. Pilarski — บทสัมภาษณ์ Unite.AI
• BLINC Lab(Bionic Limbs for Improved Natural Control)
• การประชุม Upper Bound AI
• Amii (สถาบันปัญญาประดิษฐ์อัลเบอร์ตา)