Các nhà khoa học phát triển tay giả thông minh kết hợp kiểm soát của người dùng và tự động hóa

Các nhà khoa học từ Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne đang làm việc trên các cách mới để cải thiện kiểm soát tay robot, đặc biệt là cho những người bị cụt tay. Họ đã phát triển một cách để kết hợp kiểm soát ngón tay riêng lẻ và tự động hóa để giúp cải thiện việc nắm và điều khiển. Họ đã thử nghiệm ý tưởng này về kỹ thuật thần kinh và robot trên ba người bị cụt tay và bảy người khỏe mạnh. Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên Nature Machine Intelligence.

Công nghệ mới này kết hợp hai lĩnh vực riêng biệt để kiểm soát tay robot. Đây là điều chưa từng được thực hiện trước đây, và nó đang theo đuổi lĩnh vực mới về kiểm soát chia sẻ trong thần kinh cơ học.

Một trong những khái niệm mới đến từ kỹ thuật thần kinh. Việc di chuyển ngón tay được xác định bằng cách đọc hoạt động cơ trên cẳng tay của người bị cụt tay. Điều này sau đó được sử dụng để kiểm soát ngón tay riêng lẻ của tay giả. Khái niệm khác đến từ robot. Tay robot có thể nắm và giữ các vật thể bằng cách nắm.

“Khi bạn cầm một vật thể trong tay và nó bắt đầu trượt, bạn chỉ có một vài mili giây để phản ứng,” giải thích Aude Billard, người đứng đầu Laboratory of Learning Algorithms and Systems của EPFL. “Tay robot có khả năng phản ứng trong 400 mili giây. Được trang bị cảm biến áp suất dọc theo các ngón tay, nó có thể phản ứng và ổn định vật thể trước khi não có thể nhận thức được rằng vật thể đang trượt.”

Quá trình bắt đầu bằng cách thuật toán học cách giải mã ý định của người dùng, và sau đó dịch nó thành chuyển động ngón tay của tay giả. Để điều này xảy ra, người bị cụt tay đầu tiên phải đào tạo thuật toán sử dụng học máy bằng cách thực hiện một loạt các chuyển động tay. Các cảm biến được sử dụng trên cẳng tay của người bị cụt tay, và chúng có thể phát hiện hoạt động cơ nhất định. Thuật toán sau đó học và kết nối các chuyển động tay và hoạt động cơ tương ứng. Cuối cùng, thuật toán sẽ biết chuyển động ngón tay dự định của người dùng, và sau đó các ngón tay riêng lẻ có thể được kiểm soát trên tay giả.

Katie Zhuang là tác giả đầu tiên của bài báo. Cô đã nói về thuật toán học máy.

“Bởi vì tín hiệu cơ có thể bị nhiễu, chúng tôi cần một thuật toán học máy có thể trích xuất hoạt động có ý nghĩa từ các cơ và giải thích chúng thành chuyển động,” cô nói.

Các nhà khoa học sau đó đã tiếp tục thiết kế thuật toán để khi người dùng cố gắng nắm một vật thể, tự động hóa robot sẽ được kích hoạt. Thuật toán sẽ truyền tín hiệu đến tay giả để đóng các ngón tay và nắm khi một vật thể tiếp xúc với cảm biến. Các cảm biến được đặt trên bề mặt của tay giả. Các nhà khoa học đã tạo ra hệ thống mới này dựa trên sự thích nghi từ một nghiên cứu trước đó. Trong nghiên cứu đó, các cánh tay robot được thiết kế để xác định hình dạng của các vật thể và sau đó nắm chúng. Chúng làm điều này dựa hoàn toàn trên thông tin xúc giác, và không có sự phụ thuộc vào tín hiệu hình ảnh.

Vẫn còn những thách thức phía trước trước khi công nghệ này có thể được sử dụng hiệu quả giữa người và trở thành một lựa chọn thương mại khả thi cho những người bị cụt tay đang tìm kiếm tay giả. Tuy nhiên, công nghệ này là một bước tiến lớn trong lĩnh vực này, và nó sẽ tiếp tục thúc đẩy ý tưởng kết hợp con người và robot. Hiện tại, thuật toán vẫn đang được thử nghiệm trên một robot.

“Cách tiếp cận chia sẻ của chúng tôi để kiểm soát tay robot có thể được sử dụng trong một số ứng dụng thần kinh cơ học như tay giả sinh học và giao diện máy tính não, tăng cường tác động lâm sàng và khả năng sử dụng của các thiết bị này,” nói Silvestro Micera, Chủ tịch Quỹ Bertarelli của EPFL về Kỹ thuật Thần kinh Chuyển đổi, và Giáo sư Kỹ thuật Sinh học tại Scuola Superiore Sant’Anna.