Програма машинного навчання зв’язується з людським мозком і керує роботами

Дослідники з Еколь Політекнік Федераль де Лозанни розробили програму машинного навчання, яка може бути підключена до людського мозку і використовуватися для керування роботом. Програма може змінювати рухи робота на основі електричних сигналів від мозку.

Ці нові досягнення можуть допомогти пацієнтам з тетраплегією, які не можуть говорити або виконувати рухи. Це продовжує велику роботу, яку було зроблено в минулому для розробки систем, які допомагають цим пацієнтам виконувати завдання самостійно.

Дослідження було опубліковано в Communications Biology.

Професор Оде Біллар є головою лабораторії алгоритмів і систем навчання ЕПФЛ.

“Люди з травмою спинного мозку часто переживають постійні неврологічні дефіцити і серйозні рухові порушення, які перешкоджають їм виконувати навіть найпростіші завдання, такі як утримання об’єкта”, – сказав Біллар. “Допомога роботів може допомогти цим людям відновити частину втраченої рухової функції, оскільки робот може виконувати завдання від їхнього імені.”

Керування роботом думками

Разом з Хосе дель Р. Мілланом професор Біллар і дві дослідницькі групи розробили комп’ютерну програму, яка не потребує голосового контролю або дотику. Пацієнти можуть керувати роботом лише своїми думками.

Дослідники почали розробку системи, спочатку заснованої на роботизованій руці, яка була розроблена багато років тому. Вона може рухатися туди і назад з правого на лівий, а також змінювати положення об’єктів перед нею і оминати перешкоди на своєму шляху.

“У нашому дослідженні ми запрограмували робота на уникання перешкод, але ми могли б вибрати будь-яке інше завдання, наприклад, наповнення склянки водою або поштовх об’єкта”, – говорить професор Біллар.

Дослідники потім поліпшили механізм робота для уникання перешкод, щоб він був більш точним.

Кароліна Гаспар Пінто Рамон Коррея є аспіранткою в лабораторії професора Біллара.

“Спочатку робот вибрав шлях, який був занадто широким для деяких перешкод, відводячи його занадто далеко, і не достатньо широким для інших, тримаючи його занадто близько”, – говорить Коррея. “Оскільки метою нашого робота було допомогти пацієнтам з паралічем, нам потрібно було знайти спосіб, щоб користувачі могли спілкуватися з ним без потреби говорити або рухатися”.

Розробка алгоритму

Для цього їм потрібно було розробити алгоритм, який міг би змінювати рухи робота лише на основі думок пацієнта. Алгоритм був прикріплений до шапки з електродами для проведення ЕЕГ-сканування мозкової діяльності пацієнта.

Пацієнту потрібно лише поглянути на робота, щоб використовувати систему. Коли робот робить неправильний рух, мозок пацієнта видає “повідомлення про помилку” через чітко ідентифікований сигнал, який вказує роботові, що він робить неправильну дію. Робот спочатку не зрозуміє, чому отримує цей сигнал, але повідомлення про помилку потім подається в алгоритм. Алгоритм використовує підхід інверсного підкріплення для визначення того, чого хоче пацієнт і які дії повинен виконувати робот.

Процес спроб і помилок означає, що робот пробує різні рухи, щоб побачити, який з них правильний, і зазвичай потрібно лише три-п’ять спроб, щоб визначити правильну реакцію.

“Програма штучного інтелекту робота може швидко навчатися, але вам потрібно сказати йому, коли він робить помилку, щоб він міг виправити свою поведінку”, – говорить професор Міллан. “Розробка технології виявлення сигналів помилок була однією з найбільших технічних проблем, з якими ми зіткнулися”.

Ясон Батціануліс є головним автором дослідження.

“Що було особливо складним у нашому дослідженні, було зв’язати мозкову діяльність пацієнта з системою керування роботом – або, іншими словами, “перекласти” сигнали мозку пацієнта в дії, виконувані роботом”, – говорить Батціануліс. “Ми зробили це, використовуючи машинне навчання для зв’язку певного сигналу мозку з конкретним завданням. Потім ми пов’язали завдання з окремими контролями робота, щоб робот робив те, що мав на увазі пацієнт”.

Дослідники вважають, що алгоритм можна буде використовувати для керування інвалідними колясками.

“Наразі ще є багато інженерних перешкод, які потрібно подолати”, – говорить професор Біллар. “А інвалідні коляски представляють собою зовсім новий набір проблем, оскільки і пацієнт, і робот рухаються”.