ชายที่เป็นอัมพาตใช้ความคิดควบคุมแขนหุ่นยนต์ XNUMX ตัวเพื่อกินเค้ก

ชายคนนั้นนั่งนิ่งอยู่บนเก้าอี้ จ้องมองไปที่เค้กชิ้นหนึ่งบนโต๊ะตรงหน้าเขา สายไฟที่ยื่นออกมาจากรากฟันเทียมในสมองของเขา ขนาบข้างเขาเป็นแขนหุ่นยนต์ขนาดยักษ์สองแขน ซึ่งแต่ละแขนมีขนาดใหญ่กว่าร่างกายส่วนบนทั้งหมดของเขา คนหนึ่งถือมีด อีกคนถือส้อม

“ตัดและกินอาหาร เคลื่อนมือขวาไปข้างหน้าเพื่อเริ่มต้น” สั่งเสียงหุ่นยนต์

ชายคนนั้นจดจ่อกับการขยับแขนขวาที่เป็นอัมพาตบางส่วนไปข้างหน้า ข้อมือของเขาแทบกระตุก แต่มือขวาของหุ่นยนต์เคลื่อนไปข้างหน้าอย่างราบรื่น โดยวางปลายส้อมไว้ใกล้กับเค้ก การเคลื่อนไหวเล็กน้อยของมือซ้ายของเขาส่งมีดไปข้างหน้า

หลายคำสั่งต่อมา ชายผู้นั้นเปิดปากของเขาอย่างมีความสุขและกินขนมขนาดพอดีคำ ตัดตามความชอบส่วนตัวด้วยความช่วยเหลือจากอวาตาร์หุ่นยนต์ของเขา เป็นเวลาประมาณ 30 ปีแล้วที่เขาสามารถเลี้ยงตัวเองได้

พวกเราส่วนใหญ่ไม่คิดซ้ำสองเกี่ยวกับการใช้สองแขนพร้อมกัน—กินด้วยมีดและส้อม, เปิดขวด, กอดคนที่คุณรัก, นั่งพักผ่อนบนโซฟาที่ใช้ตัวควบคุมวิดีโอเกม การประสานงานเกิดขึ้นตามธรรมชาติในสมองของเรา

ทว่าการสร้างการเคลื่อนไหวที่ง่ายดายนี้ระหว่างสองแขนขากลับทำให้หยุดชะงัก อินเตอร์เฟสเครื่องสมอง (BMI) ผู้เชี่ยวชาญมาหลายปี สิ่งกีดขวางบนถนนหลักคือระดับความซับซ้อนที่แท้จริง: ในการประเมินครั้งหนึ่ง การใช้แขนขาหุ่นยนต์สำหรับงานในชีวิตประจำวันอาจต้องการอิสระ 34 องศา ซึ่งท้าทายแม้กระทั่งการตั้งค่าดัชนีมวลกายที่ซับซ้อนที่สุด

การศึกษาใหม่นำโดย Dr. Francesco V. Tenore จาก Johns Hopkins University พบวิธีแก้ปัญหาที่ยอดเยี่ยม หุ่นยนต์เติบโตขึ้นอย่างอิสระมากขึ้นด้วยการเรียนรู้ของเครื่อง แทนที่จะปฏิบัติต่อแขนขาของหุ่นยนต์เป็นเพียงเครื่องจักร ทำไมไม่ลองใช้โปรแกรมที่ซับซ้อนเพื่อให้มนุษย์และหุ่นยนต์สามารถแบ่งปันการควบคุมได้?

"แนวทางการควบคุมที่ใช้ร่วมกันนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้ประโยชน์จากความสามารถที่แท้จริงของอินเทอร์เฟซของสมองและเครื่องกล เพื่อสร้างสภาพแวดล้อม 'ดีที่สุดของทั้งสองโลก' ซึ่งผู้ใช้สามารถปรับแต่งพฤติกรรมของอวัยวะเทียมอัจฉริยะได้" กล่าวว่า ดร.ฟรานเชสโก้ เทนอร์

เช่นเดียวกับระบบการบินอัตโนมัติ การทำงานร่วมกันนี้ทำให้มนุษย์สามารถ "นำร่อง" หุ่นยนต์โดยมุ่งเน้นเฉพาะสิ่งที่สำคัญมากที่สุดเท่านั้น ในกรณีนี้คือขนาดที่จะตัดเค้กแต่ละคำได้มากเพียงใด ในขณะที่ปล่อยให้การดำเนินการทางโลกมากขึ้นไปยังกึ่ง หุ่นยนต์อิสระ

ความหวังก็คือว่า "ระบบประสาท" เหล่านี้ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างสัญญาณประสาทของสมองกับอัลกอริธึมอันชาญฉลาดของหุ่นยนต์สามารถ "ปรับปรุงความเป็นอิสระและการทำงานของผู้ใช้" ทีมงานกล่าว

ปัญหาสองเท่า

สมองจะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังกล้ามเนื้อของเราเพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวและปรับคำสั่งตามการตอบสนองที่ได้รับ เช่น การเข้ารหัสสำหรับแรงกดหรือตำแหน่งของแขนขาในอวกาศ อาการบาดเจ็บที่ไขสันหลังหรือโรคอื่น ๆ ที่สร้างความเสียหายให้กับทางหลวงส่งสัญญาณนี้ตัดคำสั่งของสมองเกี่ยวกับกล้ามเนื้อซึ่งนำไปสู่อัมพาต

ค่าดัชนีมวลกายจะสร้างสะพานข้ามระบบประสาทที่ได้รับบาดเจ็บ ทำให้คำสั่งประสาทไหลผ่านได้ ไม่ว่าจะเป็นการใช้แขนขาที่แข็งแรงหรือขาเทียม ตั้งแต่การฟื้นฟูลายมือและคำพูดไปจนถึงการรับรู้การกระตุ้นและการควบคุมแขนขาของหุ่นยนต์ ค่าดัชนีมวลกายได้ปูทางไปสู่การฟื้นฟูชีวิตของผู้คน

ทว่าเทคโนโลยียังประสบปัญหาสะอึกที่น่าหนักใจ: การควบคุมสองครั้ง จนถึงตอนนี้ ความสำเร็จใน BMI ส่วนใหญ่จำกัดแค่การเคลื่อนไหวแขนขาเดียว—ร่างกายหรืออย่างอื่น ในชีวิตประจำวัน เราต้องการแขนทั้งสองข้างสำหรับงานที่ง่ายที่สุด ซึ่งเป็นมหาอำนาจที่ถูกมองข้ามซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "การเคลื่อนไหวสองทาง"

ย้อนกลับไปในปี 2013 Dr. Miguel Nicolelis ผู้บุกเบิก BMI จากมหาวิทยาลัย Duke ได้นำเสนอ หลักฐานแรก การควบคุม bimanual ด้วย BMI นั้นเป็นไปไม่ได้ ในลิงสองตัวที่ถูกฝังด้วยไมโครอาร์เรย์แบบอิเล็กโทรด สัญญาณประสาทจากเซลล์ประสาทประมาณ 500 เซลล์ก็เพียงพอแล้วที่จะช่วยให้ลิงควบคุมแขนเสมือนสองแขนโดยใช้เพียงความคิดของพวกมันในการแก้ปัญหางานคอมพิวเตอร์เพื่อรับรางวัลอันชุ่มฉ่ำ (ตามตัวอักษร) ในขณะที่ก้าวแรกที่สดใส ผู้เชี่ยวชาญในขณะนั้น สงสัย การตั้งค่าสามารถทำงานร่วมกับกิจกรรมของมนุษย์ที่ซับซ้อนมากขึ้นได้หรือไม่

ช่วยมือ

การศึกษาใหม่ใช้แนวทางที่แตกต่าง: การควบคุมร่วมกันแบบร่วมมือ ความคิดนั้นง่าย หากการใช้สัญญาณประสาทเพื่อควบคุมแขนหุ่นยนต์ทั้งสองข้างนั้นซับซ้อนเกินไปสำหรับการปลูกถ่ายสมองเพียงอย่างเดียว ทำไมไม่ปล่อยให้หุ่นยนต์อัจฉริยะขจัดภาระในการประมวลผลบางส่วน

ในทางปฏิบัติ หุ่นยนต์ได้รับการตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าสำหรับการเคลื่อนไหวง่ายๆ หลายอย่าง โดยปล่อยให้มนุษย์ควบคุมข้อมูลเฉพาะตามความชอบ มันเหมือนกับหุ่นยนต์และการขี่จักรยานของมนุษย์: เครื่องจักรจะเหยียบด้วยความเร็วที่แตกต่างกันตามคำสั่งอัลกอริทึมของมัน ในขณะที่ชายคนนั้นควบคุมแฮนด์บาร์และเบรก

ในการตั้งค่าระบบ ทีมแรกได้ฝึกอัลกอริทึมเพื่อถอดรหัสจิตใจของอาสาสมัคร ชายวัย 49 ปีรายนี้ได้รับบาดเจ็บที่ไขสันหลังประมาณ 30 ปีก่อนการทดสอบ เขายังคงมีการเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อยที่ไหล่และข้อศอกและสามารถยืดข้อมือได้ อย่างไรก็ตาม สมองของเขาสูญเสียการควบคุมนิ้วมือไปนานแล้ว ทำให้เขาไม่สามารถควบคุมการเคลื่อนไหวใดๆ ได้เลย

ทีมวิจัยได้ฝังไมโครอาร์เรย์ของอิเล็กโทรดหกตัวลงในส่วนต่างๆ ของคอร์เทกซ์ของเขา ที่ซีกซ้ายของสมอง ซึ่งควบคุมซีกที่ถนัด ด้านขวามือ พวกมันสอดอาร์เรย์สองอันเข้าไปในมอเตอร์และบริเวณประสาทสัมผัสตามลำดับ บริเวณสมองซีกขวาที่สอดคล้องกัน—ควบคุมมือที่ไม่ถนัดของเขา—ได้รับหนึ่งอาเรย์แต่ละอัน

ทีมต่อไปสั่งให้ชายคนนั้นทำการเคลื่อนไหวของมืออย่างสุดความสามารถ แต่ละท่าทาง—งอข้อมือซ้ายหรือขวา เปิดหรือบีบมือ—ถูกจับคู่กับทิศทางการเคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น การงอข้อมือขวาขณะเหยียดซ้าย (และในทางกลับกัน) สอดคล้องกับการเคลื่อนไหวในแนวนอน มือทั้งสองข้างเปิดหรือกดรหัสเพื่อการเคลื่อนไหวในแนวตั้ง

ตลอดเวลา ทีมได้รวบรวมสัญญาณประสาทที่เข้ารหัสการเคลื่อนไหวของมือแต่ละข้าง ข้อมูลถูกใช้เพื่อฝึกอัลกอริทึมเพื่อถอดรหัสท่าทางที่ต้องการและขับเคลื่อนแขนหุ่นยนต์ scifi คู่ภายนอก ซึ่งประสบความสำเร็จประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์

ปล่อยให้เขากินเค้ก

แขนหุ่นยนต์ได้รับการฝึกฝนล่วงหน้าเช่นกัน โดยใช้การจำลอง ทีมงานได้ให้แขนความคิดว่าเค้กจะอยู่ตรงไหนบนจาน ที่ที่จานจะวางอยู่บนโต๊ะ และเค้กจะอยู่ห่างจากปากของผู้เข้าร่วมประมาณเท่าใด พวกเขายังปรับความเร็วและระยะการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์อย่างละเอียดอีกด้วย เพราะท้ายที่สุดแล้ว ไม่มีใครอยากเห็นแขนหุ่นยนต์ขนาดยักษ์จับด้วยส้อมปลายแหลมที่ลอยมาที่ใบหน้าของคุณด้วยชิ้นเค้กที่ห้อยเป็นชิ้นๆ

ในการตั้งค่านี้ ผู้เข้าร่วมสามารถควบคุมตำแหน่งและทิศทางของแขนได้บางส่วน โดยแต่ละด้านมีอิสระสูงสุด XNUMX องศา ตัวอย่างเช่น อนุญาตให้เขาขยับแขนไปทางซ้าย-ขวา ไปข้างหน้า-ข้างหลัง หรือหมุนซ้าย-ขวา . ในขณะเดียวกัน หุ่นยนต์ก็ดูแลความซับซ้อนของการเคลื่อนไหวที่เหลือ

เพื่อช่วยในการทำงานร่วมกัน เสียงหุ่นยนต์ร้องแต่ละขั้นตอนเพื่อช่วยทีมตัดเค้กชิ้นหนึ่งแล้วนำไปที่ปากของผู้เข้าร่วม

ผู้ชายคนนั้นมีการเคลื่อนไหวครั้งแรก โดยการเพ่งความสนใจไปที่การเคลื่อนไหวของข้อมือขวา เขาจึงวางมือหุ่นยนต์ด้านขวาไปทางเค้ก จากนั้นหุ่นยนต์ก็เข้าควบคุมโดยเลื่อนปลายส้อมไปที่เค้กโดยอัตโนมัติ จากนั้นชายคนนั้นสามารถกำหนดตำแหน่งที่แน่นอนของส้อมได้โดยใช้การควบคุมทางประสาทที่ได้รับการฝึกมาล่วงหน้า

เมื่อตั้งค่าแล้ว หุ่นยนต์จะขยับมือที่ใช้มีดไปทางซ้ายของส้อมโดยอัตโนมัติ ชายคนนั้นทำการปรับเปลี่ยนอีกครั้งเพื่อตัดเค้กให้ได้ขนาดที่ต้องการ ก่อนที่หุ่นยนต์จะตัดเค้กโดยอัตโนมัติและนำเข้าปาก

“การบริโภคขนมนั้นเป็นทางเลือก แต่ผู้เข้าร่วมเลือกที่จะทำเพราะมันอร่อย” ผู้เขียนกล่าว

การศึกษามี 37 การทดลอง โดยส่วนใหญ่เป็นการสอบเทียบ โดยรวมแล้ว ชายคนนี้ใช้ความคิดของเขาในการกินเค้กเจ็ดคำ ซึ่งทั้งหมด “มีขนาดพอเหมาะ” และไม่ทำตกเลย

ไม่ใช่ระบบที่จะมาที่บ้านของคุณในเร็ว ๆ นี้อย่างแน่นอน จากแขนกลหุ่นยนต์ขนาดยักษ์ที่พัฒนาโดย DARPA การติดตั้งต้องใช้ความรู้ที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าอย่างครอบคลุมสำหรับหุ่นยนต์ ซึ่งหมายความว่าสามารถอนุญาตงานเดียวเท่านั้นในเวลาที่กำหนด สำหรับตอนนี้ การศึกษานี้เป็นการพิสูจน์แนวคิดเชิงสำรวจมากกว่าในการผสมผสานสัญญาณประสาทกับความเป็นอิสระของหุ่นยนต์เพื่อขยายขีดความสามารถของ BMI ต่อไป

แต่ในขณะที่ ขาเทียม ฉลาดขึ้นเรื่อยๆ และมีราคาจับต้องได้ ทีมงานกำลังมองไปข้างหน้า

“เป้าหมายสูงสุดคือความเป็นอิสระที่ปรับได้ซึ่งใช้ประโยชน์จากสัญญาณ BMI ที่มีอยู่”

ประสิทธิภาพสูงสุดของพวกเขา ทำให้มนุษย์สามารถควบคุม DOF สองสาม [ระดับความเป็นอิสระ] ที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพเชิงคุณภาพของงานมากที่สุดในขณะที่หุ่นยนต์ดูแลส่วนที่เหลือ” ทีมงานกล่าว การศึกษาในอนาคตจะสำรวจ—และผลักดัน—ขอบเขตของความคิดระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์

เครดิตภาพ: ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของ Johns Hopkins

• คอยน์สมาร์ท การแลกเปลี่ยน Bitcoin และ Crypto ที่ดีที่สุดในยุโรป
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าฟรี
• คริปโตฮอว์ก เรดาร์ Altcoin ทดลองฟรี.
• ที่มา: https://singularityhub.com/2022/07/05/a-paralyzed-man-used-his-mind-to-control-two-robotic-arms-to-eat-cake/