Pierwsze w swoim rodzaju ramię robota działa bez implantu mózgowego
Pierwsze eksperymenty naukowców z wykorzystaniem nieinwazyjnego interfejsu o wysokiej wierności do sterowania ramieniem robota zakończyły się sukcesem. W przyszłości naukowcy zamierzają udoskonalić technologię, aby była szerzej dostępna.
Ramiona robotów i inne instrumenty robotyczne mogą brzmieć jak futurystyczny rozwój, ale istnieją od lat, pomagając zarówno chirurgom, jak i inżynierom.
Mniej powszechne są jednak protetyczne ramiona robotów, które pozwalają osobom, które straciły kończynę, odzyskać swobodę ruchów.
Pewien mężczyzna z Florydy trafił na pierwsze strony gazet w 2018 roku po otrzymaniu modułowej protezy kończyny - ramienia robota, które ma zastąpić ramię, które stracił w 2007 roku z powodu raka.
Mężczyzna może kontrolować swoje ramię robota dzięki „przekierowaniu” niektórych zakończeń nerwowych, jednak jak dotąd ta proteza - opracowana przez naukowców z Johns Hopkins University w Baltimore, MD - nie jest dostępna dla innych osób, które mogą jej również potrzebować.
Inny projekt - z University of Chicago w Illinois - testował prototypy protez ramion na małpach makaków rezus. Wszystkie zwierzęta są ratowane z amputacjami kończyn z powodu poważnych obrażeń, a dzięki specjalnym implantom mózgowym są w stanie kontrolować swoje protezy.
Teraz naukowcom z Carnegie Mellon University w Pittsburghu w Pensylwanii i University of Minnesota w Minneapolis po raz pierwszy udało się użyć nieinwazyjnego interfejsu mózg-komputer do sterowania ramieniem robota. Naukowcy donoszą o swoim sukcesie w artykule badawczym, który ukazuje się w czasopiśmie Science Robotics.
Wysoce ulepszona technologia
Prof. Bin He z Carnegie Mellon kieruje zespołem badawczym, który wykorzystywał interfejs, który nie wymaga implantu mózgowego - co jest procedurą inwazyjną - do koordynowania ruchów ramienia robota.
Profesor He i współpracownicy chcą opracować niezawodny, nieinwazyjny sposób łączenia mózgu i elastycznej protezy, ponieważ wszczepianie implantów mózgowych wymaga nie tylko wysokich umiejętności chirurgicznych i precyzji, ale także dużych pieniędzy, ponieważ implanty są kosztowne. Co więcej, implanty mózgowe wiążą się z wieloma zagrożeniami dla zdrowia, w tym infekcjami.
Wszystkie te aspekty przyczyniły się do małej liczby osób otrzymujących protezy robotów, więc naukowcy z Carnegie Mellon i University of Minnesota starali się zmienić sytuację, opracowując nieinwazyjną technologię.
Jest jednak przy tym wiele wyzwań, w szczególności fakt, że poprzednie interfejsy mózg-komputer nie są w stanie niezawodnie dekodować sygnałów neuronowych z mózgu, a więc nie mogą płynnie sterować kończynami robotów w czasie rzeczywistym.
„Dokonano znacznych postępów w dziedzinie robotów sterowanych umysłowo, wykorzystujących implanty mózgowe. To doskonała nauka ”, zauważa prof. He, komentując poprzednie kroki w kierunku znalezienia„ niezawodnej ”technologii.
„Ale ostatecznym celem jest nieinwazyjność. Postępy w dekodowaniu neuronów i praktyczna użyteczność nieinwazyjnej kontroli ramienia robota będą miały poważny wpływ na ostateczny rozwój nieinwazyjnych neurorobotyków ”- dodaje.
W swoim obecnym projekcie prof. He i zespół wykorzystali wyspecjalizowane techniki wykrywania i uczenia maszynowego, aby „zbudować” niezawodne „połączenie” między mózgiem a ramieniem robota.
Nieinwazyjny interfejs zespołu mózg-komputer z powodzeniem dekodował sygnały neuronowe, umożliwiając osobie po raz pierwszy sterowanie ramieniem robota w czasie rzeczywistym, nakazując mu ciągłe i płynne śledzenie ruchów kursora na ekranie.
Prof. He i współpracownicy wykazali, że ich podejście - które obejmowało większą ilość szkolenia użytkownika, a także ulepszoną metodę „tłumaczenia” sygnału neuronowego - poprawiło uczenie się interfejsu mózg-komputer o około 60%. Poprawiło również ciągłe śledzenie kursora przez ramię robota o ponad 500%.
Jak dotąd naukowcy przetestowali swoją innowacyjną technologię we współpracy z 68 pełnosprawnymi uczestnikami, którzy wzięli udział w maksymalnie 10 sesjach każdy. Sukces tych wstępnych prób dał naukowcom nadzieję, że w końcu będą w stanie udostępnić tę technologię osobom, które jej potrzebują.
„Pomimo wyzwań technicznych wykorzystujących sygnały nieinwazyjne, jesteśmy w pełni zaangażowani w dostarczanie tej bezpiecznej i ekonomicznej technologii ludziom, którzy mogą z niej skorzystać” - mówi prof. He.
„Ta praca stanowi ważny krok w nieinwazyjnych interfejsach mózg-komputer, technologii, która pewnego dnia może stać się wszechobecną technologią wspomagającą każdego, taką jak smartfony”.
Prof. Bin He
