Felçli Bir Adam Pasta Yemek İçin İki Robot Kolunu Kontrol Etmek İçin Zihnini Kullandı

Adam hala sandalyede oturuyor, önündeki masanın üzerinde duran bir parça keke dikkatle bakıyordu. Beynindeki elektrot implantlarından çıkan teller. Yanında, her biri vücudunun tamamından daha büyük iki dev robot kol vardı. Biri bıçak, diğeri çatal tutuyordu.

“Yemek kes ve ye. Başlamak için sağ elinizi ileri doğru hareket ettirin," diye emretti robotik bir ses.

Adam kısmen felçli sağ kolunu ileri doğru hareket ettirmeye odaklandı. Bileği zar zor seğirdi, ancak robotik sağ el çatalın ucunu pastanın yanına konumlandırarak yumuşak bir şekilde ileriye gitti. Sol elinin hafif bir hareketi daha bıçağı ileri gönderdi.

Birkaç komuttan sonra, adam mutlu bir şekilde ağzını açtı ve robot avatarlarının yardımıyla kişisel tercihine göre kesilen lokma büyüklüğündeki ikramı yuttu. Kendi kendini besleyebildiğinden bu yana yaklaşık 30 yıl geçmişti.

Çoğumuz iki kolumuzu aynı anda kullanmayı düşünmüyoruz - çatal ve bıçakla yemek yemek, bir şişe açmak, sevilen birine sarılmak, kanepede uzanıp bir video oyunu kumandası kullanmak. Koordinasyon beynimize doğal olarak gelir.

Yine de iki uzuv arasındaki bu zahmetsiz hareketi yeniden yapılandırmak beyin-makine arayüzü (BMI) yıllardır uzmanlar. Ana barikat, katıksız karmaşıklık düzeyidir: Bir tahmine göre, günlük yaşam görevleri için robotik uzuvları kullanmak, en karmaşık BMI kurulumlarını bile zorlayarak 34 derecelik serbestlik gerektirebilir.

Yeni bir çalışmaJohns Hopkins Üniversitesi'nden Dr. Francesco V. Tenore tarafından yönetilen , parlak bir geçici çözüm buldu. Robotlar, makine öğrenimi sayesinde giderek daha özerk hale geldi. Robotik uzuvları sadece makineler olarak görmek yerine, insan ve robotun kontrolleri paylaşabilmesi için neden onların karmaşık programlarından faydalanmıyorsunuz?

"Bu paylaşılan kontrol yaklaşımı, beyin-makine arayüzünün ve robotik sistemin içsel yeteneklerinden yararlanmayı ve kullanıcının akıllı bir protezin davranışını kişiselleştirebileceği 'her iki dünyanın en iyisi' ortamı yaratmayı amaçlıyor." şuraya Doktor Francesco Tenore.

Otomatik bir uçuş sistemi gibi, bu işbirliği, insanın robotu yalnızca en önemli şeylere (bu durumda, her bir lokma ne kadar büyük kesileceğine) odaklanarak robotu "pilot etmesine" olanak tanırken, daha fazla sıradan işlemi yarı yarıya bırakıyor. otonom robot

Ekip, umut edilen, beynin sinir sinyalleri ile bir robotun akıllı algoritmaları arasında gerçek bir zihin karışımı olan bu “nörorobotik sistemlerin” “kullanıcı bağımsızlığını ve işlevselliğini artırabileceği” yönünde.

Double Trouble

Beyin, hareketi kontrol etmek için kaslarımıza elektrik sinyalleri gönderir ve bu talimatları aldığı geri bildirimlere göre ayarlar - örneğin, basıncı veya bir uzvun uzaydaki konumunu kodlayanlar. Omurilik yaralanmaları veya bu sinyalizasyon yoluna zarar veren diğer hastalıklar, beynin kaslar üzerindeki kontrolünü keserek felce yol açar.

BMI'ler, esasen, yaralı sinir sistemi boyunca bir köprü oluşturarak, ister sağlıklı uzuvları çalıştırmak ister takılı protezleri çalıştırmak olsun, sinirsel komutların akmasına izin verir. BMI'ler, el yazısını ve konuşmayı geri yüklemekten, uyarımı algılamaya ve robotik uzuvları kontrol etmeye kadar, insanların hayatlarını düzeltmenin yolunu açtı.

Yine de teknoloji, rahatsız edici bir hıçkırık tarafından rahatsız edildi: çift kontrol. Şimdiye kadar, BMI'lerdeki başarı, büyük ölçüde tek bir uzvun hareket ettirilmesiyle sınırlıydı - vücut veya başka bir şekilde. Yine de günlük hayatta, en basit görevler için iki kola da ihtiyacımız var - bilim adamlarının "bimanual hareketler" dediği gözden kaçan bir süper güç.

2013 yılında, Duke Üniversitesi'nden BMI öncüsü Dr. Miguel Nicolelis, ilk kanıt BMI'ler ile bu bimanuel kontrol imkansız değildir. Elektrot mikrodizileri implante edilmiş iki maymunda, kabaca 500 nörondan gelen sinir sinyalleri, maymunların (tam anlamıyla) sulu bir ödül için bilgisayarlı bir görevi çözmek için sadece zihinlerini kullanarak iki sanal kolu kontrol etmelerine yardımcı olmak için yeterliydi. Umut verici bir ilk adım olsa da, zamanın uzmanları merak kurulumun daha karmaşık insan faaliyetleriyle çalışıp çalışamayacağı.

Yardım eli

Yeni çalışma farklı bir yaklaşım benimsedi: işbirlikçi paylaşılan kontrol. Fikir basit. Her iki robotik kolu kontrol etmek için nöral sinyalleri kullanmak tek başına beyin implantları için çok karmaşıksa, neden akıllı robotların işlem yükünün bir kısmını almasına izin vermiyorsunuz?

Pratik açıdan, robotlar önce birkaç basit hareket için önceden programlanırken, insanın tercihlerine göre özellikleri kontrol etmesi için yer bırakıyor. Bir robot ve insan tandem bisiklet sürüşü gibidir: adam gidonları ve frenleri kontrol ederken, makine algoritmik talimatlarına göre değişen hızlarda pedal çevirir.

Ekip, sistemi kurmak için önce gönüllünün zihnini çözmek için bir algoritma eğitti. 49 yaşındaki adam, testten yaklaşık 30 yıl önce omurilik yaralanması geçirdi. Omzunda ve dirseğinde hala çok az hareket vardı ve bileklerini uzatabiliyordu. Bununla birlikte, beyni uzun zamandır parmakları üzerindeki kontrolünü kaybetmişti ve tüm ince motor kontrolünü elinden almıştı.

Ekip önce korteksinin çeşitli bölümlerine altı elektrot mikrodizisi yerleştirdi. Beyninin sol tarafında - baskın tarafını kontrol eden sağ tarafı - sırasıyla motor ve duyusal bölgelere iki dizi yerleştirdiler. Karşılık gelen sağ beyin bölgeleri - baskın olmayan elini kontrol ediyor - her biri bir dizi aldı.

Ekip daha sonra adama elinden gelenin en iyisini yaparak bir dizi el hareketi yapması talimatını verdi. Sol veya sağ bileği esnetme, eli açma veya kıstırma gibi her hareket, bir hareket yönüne eşlenmiştir. Örneğin, sol bileğini uzatırken sağ bileğini esnetmek (ve tersi) yatay yönlerde harekete karşılık geliyordu; iki el dikey hareket için kodları açar veya kıstırır.

Tüm bu süre boyunca ekip, her bir el hareketini kodlayan nöral sinyaller topladı. Veriler, amaçlanan hareketin kodunu çözmek ve harici bilimkurgu robotik kol çiftine güç sağlamak için bir algoritmayı eğitmek için kullanıldı ve yaklaşık yüzde 85 başarı elde edildi.

Kek Yemesine İzin Verin

Robotik kollar da bir miktar ön eğitim aldı. Ekip simülasyonları kullanarak önce kollara pastanın tabağın neresinde olacağı, tabağın masanın neresine konacağı ve pastanın katılımcının ağzından yaklaşık ne kadar uzakta olacağı hakkında bir fikir verdi. Ayrıca robotik kolların hız ve hareket aralığının ince ayarını yaptılar - sonuçta kimse dev bir robot kolun sivri uçlu bir çatalla yüzünüze doğru uçtuğunu, sarkan, ezilmiş bir parça kekle görmek istemez.

Bu kurulumda, katılımcı, her iki tarafta iki serbestlik derecesine kadar, örneğin herhangi bir kolu sola-sağa, ileri-geri veya sola-sağa hareket ettirmesine izin vererek, kolların konumunu ve yönünü kısmen kontrol edebilir. . Bu arada, robot hareket karmaşıklığının geri kalanıyla ilgilendi.

İşbirliğine daha fazla yardımcı olmak için, bir robot sesi ekibin bir parça kek kesmesine ve katılımcının ağzına getirmesine yardımcı olmak için her adımı seslendirdi.

Adam ilk hamleyi yaptı. Sağ bilek hareketine odaklanarak sağ robotik elini pastaya doğru konumlandırdı. Robot daha sonra devraldı ve çatalın ucunu otomatik olarak pastaya hareket ettirdi. Adam daha sonra önceden eğitilmiş sinirsel kontrolleri kullanarak çatalın tam konumuna karar verebilir.

Ayarlandıktan sonra robot, bıçak kullanan eli otomatik olarak çatalın soluna doğru hareket ettirdi. Adam, robot keki otomatik olarak kesip ağzına götürmeden önce, keki istediği büyüklükte kesmek için tekrar ayarlamalar yaptı.

Yazarlar, "Pastayı tüketmek isteğe bağlıydı, ancak katılımcı bunu lezzetli olduğu için yapmayı seçti" dedi.

Çalışma, çoğunluğu kalibrasyon olmak üzere 37 denemeye sahipti. Genel olarak, adam aklını yedi lokma kek yemek için kullandı, hepsi "makul boyutta" ve hiçbirini düşürmeden.

Kesinlikle yakın zamanda evinize gelecek bir sistem değil. DARPA tarafından geliştirilen devasa bir çift robotik kola dayanan kurulum, robot için önceden programlanmış kapsamlı bilgi gerektirir; bu, herhangi bir zamanda yalnızca tek bir göreve izin verebileceği anlamına gelir. Şimdilik, çalışma daha çok BMI yeteneklerini daha da genişletmek için nöral sinyallerin robot özerkliği ile nasıl harmanlanacağına dair keşif amaçlı bir kavram kanıtıdır.

Ama protez Giderek daha akıllı ve daha uygun fiyatlı hale gelen ekip ileriye bakıyor.

“Nihai hedef, mevcut olan BMI sinyallerinden yararlanan ayarlanabilir özerkliktir.

maksimum etkinlikleri, insanın bir görevin niteliksel performansını en doğrudan etkileyen birkaç DOF'yi [serbestlik derecesini] kontrol etmesini sağlarken robot gerisini halleder, "dedi ekip. Gelecekteki çalışmalar, bu insan-robot zihniyetlerinin sınırlarını keşfedecek ve zorlayacaktır.

Resim Kredi: Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuvarı

• Akıllı para. Avrupa'nın En İyi Bitcoin ve Kripto Borsası.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. SERBEST ERİŞİM.
• KriptoHawk. Altcoin Radarı. Ücretsiz deneme.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2022/07/05/a-paralyzed-man-used-his-mind-to-control-two-robotic-arms-to-eat-cake/