אדם משותק השתמש במוחו כדי לשלוט בשתי זרועות רובוטיות כדי לאכול עוגה

האיש ישב דומם בכיסא, בוהה בדריכות בחתיכת עוגה על השולחן שלפניו. חוטים בלטו משתלי אלקטרודה במוחו. לצדו היו שתי זרועות רובוטיות ענקיות, כל אחת גדולה מכל פלג גופו העליון. אחד החזיק סכין, השני מזלג.

"חתוך ואכל אוכל. הזז את יד ימין קדימה כדי להתחיל," ציווה קול רובוטי.

האיש התרכז בהזזת זרועו הימנית המשותקת חלקית קדימה. פרק כף היד שלו בקושי התעוות, אבל יד ימין הרובוטית שטה קדימה בצורה חלקה, והציבה את קצה המזלג ליד העוגה. תנועה קלה נוספת של ידו השמאלית שלחה את הסכין קדימה.

מספר פקודות מאוחר יותר, האיש פתח בשמחה את פיו וזלל את הפינוק בגודל ביס, חתוך לפי העדפה אישית בעזרת האווטרים הרובוטים שלו. עברו בערך 30 שנה מאז שהוא הצליח להאכיל את עצמו.

רובנו לא חושבים פעמיים על השימוש בשתי הידיים שלנו בו זמנית - לאכול עם סכין ומזלג, לפתוח בקבוק, לחבק אדם אהוב, להתרווח על הספה ולהפעיל בקר משחק וידאו. הקואורדינציה מגיעה באופן טבעי למוח שלנו.

אולם שחזור התנועה חסרת המאמץ הזו בין שני גפיים נבלם ממשק מוח-מכונה מומחי (BMI) מזה שנים. מחסום דרכים עיקרי הוא רמת המורכבות העצומה: בהערכה אחת, שימוש בגפיים רובוטיות למשימות יומיומיות עשוי לדרוש 34 דרגות חופש, ולאתגר אפילו את מערכי ה-BMI המתוחכמים ביותר.

מחקר חדש, בראשות ד"ר פרנצ'סקו ו' טנורה מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס, מצאה פתרון מבריק. רובוטים גדלו יותר ויותר אוטונומיים הודות ללמידת מכונה. במקום להתייחס לגפיים רובוטיות כאל מכונות גרידא, למה לא לנצל את התכנות המתוחכם שלהן כדי שאדם ורובוט יוכלו לחלוק את הפקדים?

"גישת שליטה משותפת זו נועדה למנף את היכולות הפנימיות של ממשק המוח-מכונה והמערכת הרובוטית, וליצור סביבת 'הטוב משני העולמות' שבה המשתמש יכול להתאים אישית את ההתנהגות של תותבת חכמה." אמר ד"ר פרנצ'סקו טנור.

כמו מערכת טיסה אוטומטית, שיתוף הפעולה הזה מאפשר לאדם "להטיס" את הרובוט על ידי התמקדות רק בדברים החשובים ביותר - במקרה זה, כמה גדול לחתוך כל ביס עוגה - תוך השארת פעולות ארציות יותר לחצי- רובוט אוטונומי.

התקווה היא ש"המערכות הנוירו-רובוטיות" הללו - שילוב תודעתי אמיתי בין האותות העצביים של המוח והאלגוריתמים החכמים של רובוט - יכולות "לשפר את עצמאות המשתמש ואת הפונקציונליות", אמר הצוות.

Double Trouble

המוח שולח אותות חשמליים לשרירים שלנו כדי לשלוט בתנועה ומתאים את ההוראות על סמך המשוב שהוא מקבל - למשל, אלה המקודדים ללחץ או מיקום איבר במרחב. פציעות חוט שדרה או מחלות אחרות הפוגעות בכביש האיתות המהיר הזה מנתקות את פיקוד המוח על השרירים, מה שמוביל לשיתוק.

BMIs בעצם בונים גשר על פני מערכת העצבים הפגועה, ומאפשרים לפקודות עצביות לזרום דרכה - בין אם זה להפעלת גפיים בריאות או תותבות מחוברות. משחזור כתב יד ודיבור לתפיסת גירוי ושליטה באיברים רובוטיים, BMI סללו את הדרך לשיקום חייהם של אנשים.

עם זאת, הטכנולוגיה נגועה בשיהוק מטריד: שליטה כפולה. עד כה, הצלחה ב-BMI הוגבלה במידה רבה להנעת איבר בודד - גוף או אחר. אולם בחיי היומיום, אנו זקוקים לשתי הזרועות עבור המשימות הפשוטות ביותר - מעצמת-על שהתעלמה ממנה שמדענים מכנים "תנועות דו-מנויות".

עוד בשנת 2013, חלוץ ה-BMI ד"ר מיגל ניקולליס מאוניברסיטת דיוק הציג העדות הראשונה ששליטה דו-ידנית עם BMIs אינה בלתי אפשרית. בשני קופים שהושתלו במיקרו-מערכי אלקטרודה, אותות עצביים מכ-500 נוירונים היו מספיקים כדי לעזור לקופים לשלוט בשתי זרועות וירטואליות תוך שימוש במוחם בלבד כדי לפתור משימה ממוחשבת תמורת פרס עסיסי (תרתי משמע). אמנם צעד ראשון מבטיח, מומחים בזמנו תהה האם ההתקנה יכולה לעבוד עם פעילויות אנושיות מורכבות יותר.

יד עוזרת

המחקר החדש נקט בגישה אחרת: שליטה משותפת שיתופית. הרעיון פשוט. אם השימוש באותות עצביים לשליטה בשתי הזרועות הרובוטיות מורכב מדי עבור השתלות מוח בלבד, מדוע לא לאפשר לרובוטיקה חכמה להוריד חלק מעומס העיבוד?

מבחינה מעשית, הרובוטים מתוכנתים תחילה מראש למספר תנועות פשוטות, תוך השארת מקום לאדם לשלוט בפרטים הספציפיים על סמך העדפתם. זה כמו רובוט ורכיבה על אופני טנדם אנושי: המכונה מדוושת במהירויות משתנות בהתאם להוראות האלגוריתמיות שלה בזמן שהאיש שולט על ידיות הידיות והבלמים.

כדי להגדיר את המערכת, הצוות אימן תחילה אלגוריתם לפענוח מוחו של המתנדב. הגבר בן ה-49 סבל מפגיעה בחוט השדרה כ-30 שנה לפני הבדיקה. עדיין הייתה לו תנועה מינימלית בכתפו ובמרפקו והוא יכול היה להאריך את פרקי ידיו. עם זאת, מוחו איבד מזמן שליטה על אצבעותיו, וגנב ממנו כל שליטה במוטוריקה עדינה.

הצוות השתיל לראשונה שישה מיקרו-מערכי אלקטרודה בחלקים שונים של קליפת המוח שלו. בצד השמאלי של המוח שלו - השולט בצד הדומיננטי שלו, בצד ימין - הם הכניסו שני מערכים לאזור המוטורי והתחושתי, בהתאמה. אזורי המוח הימני המתאימים - השולטים בידו הלא דומיננטית - קיבלו מערך אחד כל אחד.

לאחר מכן הצוות הורה לאיש לבצע סדרה של תנועות ידיים כמיטב יכולתו. כל מחווה - כפיפת שורש כף יד שמאל או ימין, פתיחה או צביטה של ​​היד - מופתה לכיוון תנועה. לדוגמה, כיפוף פרק כף יד ימין תוך הארכת שמאל (ולהיפך) תאים לתנועה בכיוונים אופקיים; שתי הידיים נפתחות או צובטות קודים לתנועה אנכית.

כל אותו זמן, הצוות אסף אותות עצביים המקודדים כל תנועת יד. הנתונים שימשו לאימון אלגוריתם לפענח את המחווה המיועדת ולהפעיל את צמד הזרועות הרובוטיות החיצוניות של scifi, עם כ-85 אחוזי הצלחה.

תן לו לאכול עוגה

גם הזרועות הרובוטיות זכו לאימון מקדים. באמצעות סימולציות, הצוות נתן תחילה לזרועות מושג היכן תהיה העוגה על הצלחת, היכן הצלחת תונח על השולחן, ובערך כמה רחוק תהיה העוגה מפיו של המשתתף. הם גם כוונו עדין את המהירות וטווח התנועה של הזרועות הרובוטיות - אחרי הכל, אף אחד לא רוצה לראות זרוע רובוטית ענקית אוחזת במזלג מחודד מתעופפת על הפנים שלך עם חתיכת עוגה משתלשלת ומעורפלת.

במערך זה, המשתתף יכול לשלוט באופן חלקי במיקום ובכיוון הזרועות, עם עד שתי דרגות חופש בכל צד - לדוגמה, לאפשר לו להזיז כל זרוע שמאלה-ימינה, קדימה-אחורה או גלגול שמאלה-ימינה. . בינתיים, הרובוט טיפל בשאר המורכבות בתנועה.

כדי לעזור עוד יותר לשיתוף הפעולה, קול רובוט קרא בכל שלב לעזור לצוות לחתוך חתיכת עוגה ולהביא אותה לפיו של המשתתף.

לאיש היה המהלך הראשון. על ידי התרכזות בתנועת פרק כף היד הימנית שלו, הוא מיקם את היד הרובוטית הימנית לעבר העוגה. לאחר מכן הרובוט השתלט, והעביר אוטומטית את קצה המזלג לעוגה. לאחר מכן האיש יכול להחליט את המיקום המדויק של המזלג באמצעות בקרות עצביות מאומנות מראש.

לאחר ההגדרה, הרובוט הזיז אוטומטית את היד המניפת סכין לכיוון שמאל של המזלג. האיש שוב ביצע התאמות כדי לחתוך את העוגה לגודל הרצוי, לפני שהרובוט חתך אוטומטית את העוגה והביא אותה לפיו.

"צריכת המאפה הייתה אופציונלית, אבל המשתתף בחר לעשות זאת בהתחשב בעובדה שהוא טעים", אמרו המחברים.

במחקר היו 37 ניסויים, כאשר הרוב היה כיול. בסך הכל, האיש השתמש במוחו כדי לאכול שבעה ביס של עוגות, כולן "בגודל סביר" ובלי להפיל אף אחת.

זו בהחלט לא מערכת שתגיע אליכם הביתה בקרוב. בהתבסס על זוג ענק של זרועות רובוטיות שפותחו ב-DARPA, ההגדרה דורשת ידע מתוכנת מראש עבור הרובוט, מה שאומר שהוא יכול לאפשר רק משימה בודדת בכל זמן נתון. לעת עתה, המחקר הוא יותר הוכחה חקרנית של איך למזג אותות עצביים עם אוטונומיה של רובוט כדי להרחיב עוד יותר את יכולות ה-BMI.

אבל כמו תותבות נעשה יותר ויותר חכם ובמחיר סביר, הצוות מסתכל קדימה.

"המטרה הסופית היא אוטונומיה מתכווננת הממנפת את כל אותות ה-BMI הזמינים להם

היעילות המקסימלית שלהם, המאפשרת לאדם לשלוט בכמה DOFs [דרגות חופש] המשפיעות באופן הישיר ביותר על הביצוע האיכותי של משימה בזמן שהרובוט דואג לכל השאר", אמר הצוות. מחקרים עתידיים יחקרו - וידחפו - את הגבולות של חשיבה אנושית-רובוטית אלו.

תמונת אשראי: מעבדת ג'ונס הופקינס לפיזיקה יישומית

• Coinsmart. בורסת הביטקוין והקריפטו הטובה באירופה.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה חופשית.
• CryptoHawk. רדאר אלטקוין. ניסיון חינם.
• מקור: https://singularityhub.com/2022/07/05/a-paralyzed-man-used-his-mind-to-control-two-robotic-arms-to-eat-cake/