Halvautunut mies käytti mieltään hallitakseen kahta robottikättä kakun syömiseen

Mies istui paikallaan tuolissa ja tuijotti tarkasti edessään pöydällä olevaa kakkupalaa. Johdot työntyivät esiin hänen aivoissaan olevista elektrodiimplanteista. Hänen vieressään oli kaksi jättimäistä robottikäsivartta, joista kumpikin oli suurempi kuin hänen koko ylävartalonsa. Toisella oli veitsi, toisessa haarukka.

"Leikkaa ja syö ruokaa. Aloita siirtämällä oikea käsi eteenpäin", käski robottiääni.

Mies keskittyi siirtämään osittain halvaantuneen oikean kätensä eteenpäin. Hänen ranteensa tuskin nykisi, mutta robottioikea käsi purjehti sujuvasti eteenpäin ja asetti haarukan kärjen lähelle kakkua. Toinen pieni liike vasemmalla kädellä lähetti veitsen eteenpäin.

Useita komentoja myöhemmin mies avasi onnellisena suunsa ja söi pureman kokoisen herkun, joka oli leikattu henkilökohtaisten mieltymysten mukaan robottiavatareidensa avulla. Siitä oli kulunut noin 30 vuotta, kun hän pystyi ruokkimaan itsensä.

Useimmat meistä eivät ajattele kahta kertaa käyttävänsä kahta käsivarttaan samanaikaisesti – veitsellä ja haarukalla syömistä, pullon avaamista, rakkaansa halaamista, sohvalla löhöilyä ja videopeliohjainta. Koordinaatio tulee luonnollisesti aivoihimme.

Silti tämän vaivattoman liikkeen rekonstruoiminen kahden raajan välillä on vaikeutunut aivo-kone-rajapinta (BMI) asiantuntijoita vuosia. Suurin este on pelkkä monimutkaisuus: yhden arvion mukaan robottiraajojen käyttäminen jokapäiväisiin tehtäviin voi vaatia 34 vapausastetta, mikä haastaa kaikkein kehittyneimmätkin BMI-asetukset.

Uusi tutkimus, jota johti tohtori Francesco V. Tenore Johns Hopkinsin yliopistosta, löysi loistavan ratkaisun. Robotit ovat kasvaneet yhä itsenäisemmiksi koneoppimisen ansiosta. Sen sijaan, että käsittelisi robottiraajoja pelkkänä koneistona, miksi et hyödyntäisi niiden kehittynyttä ohjelmointia, jotta ihminen ja robotti voivat jakaa ohjaimia?

"Tämän jaetun hallinnan lähestymistavan tarkoituksena on hyödyntää aivo-kone-rajapinnan ja robottijärjestelmän luontaisia ​​ominaisuuksia ja luoda "molempien maailmojen paras" -ympäristö, jossa käyttäjä voi muokata älykkään proteesin käyttäytymistä. sanoi Tohtori Francesco Tenore.

Kuten automatisoitu lentojärjestelmä, tämä yhteistyö mahdollistaa ihmisen "lentäjän" robotin keskittymällä vain tärkeimpiin asioihin – tässä tapauksessa kuinka suureksi kukin pala leikkaa – ja jättää arkipäiväisemmat toiminnot puoliksi. itsenäinen robotti.

Toivotaan, että nämä "neuroroboottiset järjestelmät" - todellinen mielen sulatus aivojen hermosignaalien ja robotin älykkäiden algoritmien välillä - voivat "parantaa käyttäjien riippumattomuutta ja toimivuutta", tiimi sanoi.

Double Trouble

Aivot lähettävät sähköisiä signaaleja lihaksillemme ohjatakseen liikettä ja säätelevät niitä saamansa palautteen perusteella – esimerkiksi ne, jotka koodaavat painetta tai raajan sijaintia avaruudessa. Selkäydinvammat tai muut sairaudet, jotka vahingoittavat tätä merkinantovaltatietä, katkaisevat aivojen hallinnan lihasten yli, mikä johtaa halvaantumiseen.

Painoindeksit muodostavat olennaisesti sillan vaurioituneen hermoston yli, jolloin hermokäskyt voivat virrata läpi – olipa kyseessä sitten terveiden raajojen operointi tai liitetty proteesi. Käsialan ja puheen palauttamisesta stimulaation havaitsemiseen ja robottiraajojen hallintaan BMI:t ovat tasoittaneet tietä ihmisten elämän palauttamiseen.

Silti tekniikkaa on vaivannut huolestuttava häiriö: kaksoishallinta. Toistaiseksi menestys painoindeksissä on suurelta osin rajoittunut yhden raajan liikuttamiseen – kehoon tai muuhun. Silti jokapäiväisessä elämässä tarvitsemme molempia käsivarsia yksinkertaisimpiin tehtäviin – unohdettu supervoima, jota tiedemiehet kutsuvat "kaksimanuaalisiksi liikkeiksi".

Vuonna 2013 BMI-pioneeri tohtori Miguel Nicolelis Duken yliopistosta esitteli ensimmäinen todiste että bimanuaalinen ohjaus BMI:llä ei ole mahdotonta. Kahdessa apinassa, joihin oli istutettu elektrodimikrosiruja, noin 500 hermosolun hermosignaalit riittivät auttamaan apinoita hallitsemaan kahta virtuaalista käsivartta käyttämällä vain mieliään tietokoneistetun tehtävän ratkaisemiseksi (kirjaimellisesti) mehukkaasta palkinnosta. Vaikka lupaava ensimmäinen askel, asiantuntijat tuolloin ihmetteli voisiko kokoonpano toimia monimutkaisempien ihmistoimintojen kanssa.

Auttava käsi

Uudessa tutkimuksessa otettiin erilainen lähestymistapa: yhteistoiminnallinen jaettu ohjaus. Idea on yksinkertainen. Jos hermosignaalien käyttäminen molempien robottikäsivarsien ohjaamiseen on liian monimutkaista pelkille aivoimplanteille, miksei älykkään robotiikan anneta ottaa osaa käsittelykuormasta?

Käytännössä robotit on ensin esiohjelmoitu useisiin yksinkertaisiin liikkeisiin, jolloin ihmiselle jätetään tilaa ohjata tiettyjä asioita mieltymystensä perusteella. Se on kuin robotin ja ihmisen tandempyöräily: kone polkee eri nopeuksilla algoritmisten ohjeidensa mukaan, kun taas mies ohjaa ohjaustankoja ja jarruja.

Järjestelmän perustamiseksi ryhmä koulutti ensin algoritmin, joka purkaa vapaaehtoisen mielen. 49-vuotias mies sai selkäydinvamman noin 30 vuotta ennen testausta. Hänen olkapäänsä ja kyynärpäänsä liike oli edelleen vähäistä ja hän pystyi ojentamaan ranteitaan. Hänen aivonsa olivat kuitenkin pitkään menettäneet sormiensa hallinnan, mikä ryösti häneltä kaiken hienomotorisen hallinnan.

Ryhmä istutti ensin kuusi elektrodimikrosirua hänen aivokuorensa eri osiin. Hänen aivojensa vasemmalle puolelle - joka ohjaa hänen hallitsevaa puoltaan, oikeaa puolta - he asettivat kaksi ryhmää motorisiin ja aistialueisiin, vastaavasti. Vastaavat oikeat aivoalueet - jotka ohjasivat hänen ei-dominoivaa kättään - saivat kukin yhden ryhmän.

Seuraavaksi ryhmä neuvoi miestä suorittamaan sarjan käden liikkeitä parhaan kykynsä mukaan. Jokainen ele - vasemman tai oikean ranteen taivuttaminen, käden avaaminen tai puristaminen - sovitettiin liikesuuntaan. Esimerkiksi oikean ranteen taivuttaminen samalla kun vasemman ranteen ojentaminen (ja päinvastoin) vastasi liikettä vaakasuunnassa; molemmat kädet auki tai puristuskoodit pystysuuntaista liikettä varten.

Koko ajan ryhmä keräsi hermosignaaleja, jotka koodasivat jokaista käden liikettä. Tietoja käytettiin algoritmin kouluttamiseen tarkoitetun eleen dekoodaamiseksi ja ulkoisen scifi-robottikäsivarren tehon saamiseksi noin 85 prosentin menestyksellä.

Anna hänen syödä kakkua

Myös robottikädet saivat jonkin verran esikoulutusta. Simulaatioiden avulla tiimi antoi käsivarsille ensin käsityksen siitä, missä kakku olisi lautasella, missä lautanen asetetaan pöydälle ja kuinka kaukana kakku olisi suunnilleen osallistujan suusta. He myös hienosääsivät robottikäsivarsien nopeutta ja liikelaajuutta – loppujen lopuksi kukaan ei halua nähdä jättiläismäistä robottikäsivartta, joka tarttuu terävällä haarukalla, lentävän kasvoillesi roikkuvan, sekaantuneen kakunpalan kanssa.

Tässä asetelmassa osallistuja pystyi osittain kontrolloimaan käsivarsien asentoa ja suuntausta jopa kahdella vapausasteella kummallakin puolella – esimerkiksi sallien hänen siirtää mitä tahansa käsivartta vasemmalle oikealle, eteenpäin-taakse tai kiertyä vasemmalle-oikealle. . Samaan aikaan robotti hoiti muut liikkeen monimutkaiset asiat.

Yhteistyön helpottamiseksi robottiääni kutsui jokaisen askeleen auttamaan tiimiä leikkaamaan palan kakusta ja tuomaan sen osallistujan suuhun.

Mies teki ensimmäisen liikkeen. Keskittymällä oikean ranteen liikkeeseen hän sijoitti oikean robottikäden kakkua kohti. Sitten robotti otti vallan siirtäen automaattisesti haarukan kärjen kakun päälle. Mies saattoi sitten päättää haarukan tarkan sijainnin käyttämällä esikoulutettuja hermostolaitteita.

Kun robotti on asetettu, se siirsi automaattisesti veitsellä käyttävää kättä haarukan vasenta puolta kohti. Mies teki jälleen säädöt leikatakseen kakun haluamaansa kokoon, ennen kuin robotti leikkaa kakun automaattisesti ja toi sen hänen suuhunsa.

"Leivonnaisen syöminen oli valinnaista, mutta osallistuja päätti tehdä niin, koska se oli herkullista", kirjoittajat sanoivat.

Tutkimuksessa oli 37 koetta, joista suurin osa oli kalibrointia. Kaiken kaikkiaan mies käytti mielensä syödäkseen seitsemän kakkupalaa, jotka kaikki olivat "kohtuullisen kokoisia" pudottamatta yhtään.

Se ei todellakaan ole järjestelmä, joka tulee kotiisi lähiaikoina. DARPA-kehittämien robottikäsivarsien jättimäiseen pariin perustuva asennus vaatii robotilta laajaa esiohjelmoitua tietoa, mikä tarkoittaa, että se voi sallia vain yhden tehtävän kerrallaan. Toistaiseksi tutkimus on enemmänkin tutkiva todiste konseptista, kuinka hermosignaaleja yhdistetään robotin autonomiaan BMI-ominaisuuksien laajentamiseksi.

Mutta kuten proteeseja saada yhä älykkäämpiä ja edullisempia, tiimi katsoo eteenpäin.

"Perimmäisenä tavoitteena on säädettävä autonomia, joka hyödyntää kaikkia saatavilla olevia BMI-signaaleja

niiden maksimaalinen tehokkuus, jonka ansiosta ihminen voi hallita niitä harvoja DOF:ita [vapausasteita], jotka vaikuttavat suorimmin tehtävän laadulliseen suoritukseen, kun taas robotti hoitaa loput", tiimi sanoi. Tulevat tutkimukset tutkivat – ja työntävät – näiden ihmis-robottien rajoja.

Kuva pistetilanne: Johns Hopkinsin sovelletun fysiikan laboratorio

• Coinsmart. Euroopan paras Bitcoin- ja kryptopörssi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. VAPAA PÄÄSY.
• CryptoHawk. Altcoinin tutka. Ilmainen kokeilu.
• Lähde: https://singularityhub.com/2022/07/05/a-paralyzed-man-used-his-mind-to-control-two-robotic-arms-to-eat-cake/