استخدم رجل مشلول عقله للسيطرة على ذراعين آليين لأكل الكعكة

جلس الرجل على الكرسي وهو يحدق باهتمام في قطعة كعكة على المنضدة أمامه. تبرز الأسلاك من أقطاب كهربائية مزروعة في دماغه. كان يحيط به ذراعان آليان عملاقان ، كل منهما أكبر من الجزء العلوي من جسده بالكامل. أحدهما يحمل سكينًا والآخر شوكة.

”قطع وتناول الطعام. تحرك يدك اليمنى إلى الأمام للبدء "، طلب صوتًا آليًا.

ركز الرجل على تحريك ذراعه اليمنى المشلولة جزئيًا إلى الأمام. بالكاد ارتعش معصمه ، لكن اليد اليمنى الآلية أبحرت بسلاسة إلى الأمام ، ووضعت طرف الشوكة بالقرب من الكعكة. حركة طفيفة أخرى من يده اليسرى أرسلت السكين للأمام.

بعد ذلك بعدة أوامر ، فتح الرجل فمه بسعادة وأكل الطعام بحجم اللدغة ، وتم قطعه حسب التفضيل الشخصي بمساعدة من تجسداته الآلية. لقد مر ما يقرب من 30 عامًا منذ أن تمكن من إطعام نفسه.

معظمنا لا يفكر مليًا في استخدام ذراعينا في وقت واحد - تناول الطعام بالسكين والشوكة ، وفتح الزجاجة ، وعانق أحد أفراد أسرته ، والاسترخاء على الأريكة باستخدام جهاز التحكم في ألعاب الفيديو. التنسيق يأتي بشكل طبيعي إلى أدمغتنا.

ومع ذلك ، فإن إعادة بناء هذه الحركة السهلة بين طرفين قد تعثرت واجهة الدماغ والجهاز (BMI) خبراء لسنوات. العقبة الرئيسية هي مستوى التعقيد المطلق: في أحد التقديرات ، قد يتطلب استخدام الأطراف الروبوتية لمهام الحياة اليومية 34 درجة من الحرية ، مما يمثل تحديًا حتى أكثر إعدادات مؤشر كتلة الجسم تعقيدًا.

كشفت دراسة جديدة، بقيادة الدكتور فرانشيسكو في تينور بجامعة جونز هوبكنز ، وجد حلًا رائعًا. أصبحت الروبوتات تتمتع بالاستقلالية بشكل متزايد بفضل التعلم الآلي. بدلاً من التعامل مع الأطراف الروبوتية على أنها مجرد آلات ، لماذا لا تستفيد من برمجتها المعقدة حتى يتمكن الإنسان والروبوت من مشاركة أدوات التحكم؟

"يهدف نهج التحكم المشترك هذا إلى الاستفادة من القدرات الجوهرية لواجهة الدماغ والآلة والنظام الآلي ، مما يخلق بيئة" أفضل ما في العالمين "حيث يمكن للمستخدم تخصيص سلوك الطرف الاصطناعي الذكي ،" محمد دكتور فرانشيسكو تينور.

مثل نظام الطيران الآلي ، يتيح هذا التعاون للإنسان "قيادة" الروبوت من خلال التركيز فقط على الأشياء الأكثر أهمية - في هذه الحالة ، حجم قطع كل قطعة من الكعكة - مع ترك المزيد من العمليات العادية إلى شبه روبوت مستقل.

وقال الفريق إن الأمل هو أن هذه "الأنظمة العصبية الروبوتية" - مزيج ذهني حقيقي بين الإشارات العصبية للدماغ وخوارزميات الروبوت الذكية - يمكنها "تحسين استقلالية المستخدم ووظائفه".

مشكلة مزدوجة

يرسل الدماغ إشارات كهربائية إلى عضلاتنا للتحكم في الحركة وضبط تلك التعليمات بناءً على التغذية المرتدة التي يتلقاها - على سبيل المثال ، تلك التي تشفر للضغط أو موضع أحد الأطراف في الفضاء. تؤدي إصابات الحبل الشوكي أو الأمراض الأخرى التي تلحق الضرر بطريق الإشارات السريع هذا إلى قطع سيطرة الدماغ على العضلات ، مما يؤدي إلى الإصابة بالشلل.

تقوم مؤشرات كتلة الجسم بشكل أساسي ببناء جسر عبر الجهاز العصبي المصاب ، مما يسمح للأوامر العصبية بالتدفق من خلاله - سواء كان ذلك لتشغيل أطراف صحية أو أطراف صناعية متصلة. من استعادة الكتابة اليدوية والكلام إلى إدراك التحفيز والتحكم في الأطراف الروبوتية ، مهد مؤشر كتلة الجسم الطريق لاستعادة حياة الناس.

ومع ذلك ، فقد ابتليت التكنولوجيا بفواق مزعج: التحكم المزدوج. حتى الآن ، كان النجاح في مؤشر كتلة الجسم يقتصر إلى حد كبير على تحريك طرف واحد - الجسم أو غير ذلك. ومع ذلك ، في الحياة اليومية ، نحتاج إلى كلا الذراعين لأبسط المهام - قوة عظمى مهملة يسميها العلماء "الحركات الثنائية".

مرة أخرى في عام 2013 ، قدم رائد BMI الدكتور ميغيل نيكوليليس من جامعة ديوك الدليل الأول أن التحكم الثنائي بمؤشر كتلة الجسم ليس مستحيلًا. في قردين تم زرعهما بمصفوفات مجهرية للإلكترود ، كانت الإشارات العصبية من حوالي 500 خلية عصبية كافية لمساعدة القرود على التحكم في ذراعين افتراضيين باستخدام عقولهم فقط لحل مهمة محوسبة للحصول على مكافأة (حرفيًا). بينما كانت خطوة أولى واعدة ، خبراء في ذلك الوقت وتساءل ما إذا كان الإعداد يمكن أن يعمل مع أنشطة بشرية أكثر تعقيدًا.

يد العون

اتبعت الدراسة الجديدة نهجًا مختلفًا: التحكم المشترك التعاوني. الفكرة بسيطة. إذا كان استخدام الإشارات العصبية للتحكم في كل من الأذرع الروبوتية أمرًا معقدًا للغاية بالنسبة إلى عمليات زرع الدماغ وحدها ، فلماذا لا نسمح للروبوتات الذكية بإزالة بعض حمل المعالجة؟

من الناحية العملية ، فإن الروبوتات مبرمجة مسبقًا لعدة حركات بسيطة ، مع ترك مجال للإنسان للتحكم في التفاصيل بناءً على تفضيلاتهم. إنها مثل ركوب الدراجة الهوائية والروبوتية البشرية: دواسات الآلة بسرعات متفاوتة بناءً على تعليماتها الحسابية بينما يتحكم الرجل في قضبان المقبض والمكابح.

لإعداد النظام ، قام الفريق أولاً بتدريب خوارزمية لفك تشفير عقل المتطوع. عانى الرجل البالغ من العمر 49 عامًا من إصابة في النخاع الشوكي قبل 30 عامًا تقريبًا من الاختبار. كان لا يزال لديه أدنى قدر من الحركة في كتفه ومرفقه ويمكنه أن يمد معصميه. ومع ذلك ، فقد دماغه السيطرة على أصابعه لفترة طويلة ، مما سلبه أي سيطرة حركية دقيقة.

قام الفريق أولاً بزرع ستة مصفوفات ميكروية من الأقطاب الكهربائية في أجزاء مختلفة من قشرته. على الجانب الأيسر من دماغه - الذي يتحكم في جانبه المهيمن ، الجانب الأيمن - أدخلوا صفيفتين في المنطقة الحركية والحسية ، على التوالي. تلقت مناطق الدماغ اليمنى المقابلة - التي تتحكم في يده غير المسيطرة - مجموعة واحدة لكل منها.

أصدر الفريق بعد ذلك تعليمات للرجل بأداء سلسلة من حركات اليد بأفضل ما لديه. تم تعيين كل إيماءة - ثني الرسغ الأيسر أو الأيمن ، أو فتح اليد أو ضغطها - على اتجاه الحركة. على سبيل المثال ، ثني معصمه الأيمن أثناء مد يده اليسرى (والعكس صحيح) يتوافق مع الحركة في اتجاهات أفقية ؛ كلتا يديه مفتوحة أو معسر رموز للحركة الرأسية.

طوال الوقت ، جمع الفريق إشارات عصبية ترميز كل حركة يد. تم استخدام البيانات لتدريب خوارزمية لفك شفرة الإيماءة المقصودة وتشغيل الزوج الخارجي من الأذرع الروبوتية ، مع نجاح بنسبة 85 بالمائة تقريبًا.

دعه يأكل الكعكة

تلقت الأذرع الروبوتية بعض التدريب المسبق أيضًا. باستخدام عمليات المحاكاة ، أعطى الفريق أولاً الذراعين فكرة عن مكان وضع الكعكة على اللوحة ، ومكان وضع اللوحة على الطاولة ، وتقريبًا إلى أي مدى ستكون الكعكة من فم المشارك. كما قاموا أيضًا بضبط سرعة ونطاق حركة الأذرع الروبوتية - ففي النهاية ، لا أحد يريد أن يرى ذراعًا آليًا عملاقًا يمسك بشوكة مدببة تطير على وجهك بقطعة كعكة متدلية ومشوهة.

في هذا الإعداد ، يمكن للمشارك التحكم جزئيًا في موضع واتجاه الذراعين ، مع ما يصل إلى درجتين من الحرية على كل جانب - على سبيل المثال ، السماح له بتحريك أي ذراع من اليسار إلى اليمين ، أو للأمام للخلف ، أو يتدحرج من اليسار إلى اليمين . وفي الوقت نفسه ، اعتنى الروبوت ببقية تعقيدات الحركة.

لمزيد من المساعدة في التعاون ، دعا صوت روبوت كل خطوة لمساعدة الفريق على قطع قطعة من الكعكة وإحضارها إلى فم المشارك.

قام الرجل بالخطوة الأولى. من خلال التركيز على حركة معصمه اليمنى ، وضع يده الآلية اليمنى باتجاه الكعكة. ثم تولى الروبوت زمام الأمور ، وقام تلقائيًا بتحريك طرف الشوكة إلى الكعكة. يمكن للرجل بعد ذلك تحديد موضع الشوكة بدقة باستخدام عناصر تحكم عصبية مُدرَّبة مسبقًا.

بمجرد الضبط ، قام الروبوت تلقائيًا بتحريك اليد التي تحمل السكين باتجاه يسار الشوكة. أجرى الرجل تعديلات مرة أخرى ليقطع الكعكة إلى الحجم الذي يريده ، قبل أن يقطع الروبوت الكعكة تلقائيًا ويضعها في فمه.

قال المؤلفان: "كان تناول المعجنات اختياريًا ، لكن المشارك اختار أن يفعل ذلك نظرًا لأنه كان لذيذًا".

اشتملت الدراسة على 37 تجربة ، معظمها من المعايرة. بشكل عام ، استخدم الرجل عقله لأكل سبع قطع من الكعك ، كلها "ذات حجم معقول" ودون إسقاط أي منها.

إنه بالتأكيد ليس نظامًا قادمًا إلى منزلك في أي وقت قريب. استنادًا إلى زوج ضخم من الأذرع الروبوتية التي طورتها DARPA ، يتطلب الإعداد معرفة شاملة مبرمجة مسبقًا للروبوت ، مما يعني أنه لا يمكنه السماح إلا بمهمة واحدة في أي وقت. في الوقت الحالي ، تعد الدراسة بمثابة دليل استكشافي على المفهوم في كيفية دمج الإشارات العصبية مع استقلالية الروبوت لتوسيع قدرات مؤشر كتلة الجسم بشكل أكبر.

ولكن كما الأطراف الاصطناعية لتصبح أكثر ذكاءً وبأسعار معقولة ، يتطلع الفريق إلى المستقبل.

"الهدف النهائي هو الاستقلالية القابلة للتعديل التي تستفيد من أي إشارات مؤشر كتلة الجسم المتاحة

فعاليتها القصوى ، وتمكن الإنسان من التحكم في عدد قليل من [درجات الحرية] التي تؤثر بشكل مباشر على الأداء النوعي للمهمة بينما يعتني الروبوت بالباقي ، "قال الفريق. سوف تستكشف الدراسات المستقبلية - وتدفع - حدود هذه العقول البشرية الروبوتية.

الصورة الائتمان: مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://singularityhub.com/2022/07/05/a-paralyzed-man-used-his-mind-to-control-two-robotic-arms-to-eat-cake/