Первая в своем роде роботизированная рука работает без имплантата мозга
Первые эксперименты ученых с использованием неинвазивного высокоточного интерфейса для управления роботизированной рукой оказались успешными. В будущем исследователи стремятся усовершенствовать технологию, чтобы сделать ее более доступной.
Роботизированные руки и другие роботизированные инструменты могут показаться футуристической разработкой, но они существуют уже много лет, помогая хирургам и инженерам.
Однако менее распространены протезы, роботизированные руки, которые позволяют людям, потерявшим конечность, восстановить свободу передвижения.
Один человек из Флориды попал в заголовки газет в 2018 году после того, как получил модульный протез конечности - роботизированную руку, взамен руки, которую он потерял в 2007 году из-за рака.
Человек может управлять своей роботизированной рукой благодаря «перенаправлению» определенных нервных окончаний, но пока этот протез, разработанный учеными из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, недоступен для других людей, которым он также может понадобиться.
Другой проект - из Чикагского университета в Иллинойсе - тестировал прототип протезной руки на макаках-резусах. Все животные были спасены с ампутациями конечностей из-за тяжелых травм, и они могут контролировать свои протезы благодаря специальным имплантатам мозга.
Теперь исследователям из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, штат Пенсильвания, и Университета Миннесоты в Миннеаполисе впервые удалось использовать неинвазивный интерфейс мозг-компьютер для управления роботизированной рукой. Ученые сообщают о своем успехе в исследовательской статье, которая публикуется в журнале. Научная робототехника.
Высоко усовершенствованная технология
Профессор Бин Хе из Карнеги-Меллона возглавляет исследовательскую группу, которая использовала интерфейс, не требующий имплантата мозга - что является инвазивной процедурой - для координации движений роботизированной руки.
Профессор Хе и его коллеги хотят разработать высокоточный, неинвазивный метод соединения мозга и гибкого протезирования, потому что установка мозговых имплантатов требует не только высокого хирургического мастерства и точности, но и больших денег, поскольку имплантаты дороги. Кроме того, имплантаты головного мозга сопряжены с рядом рисков для здоровья, включая инфекцию.
Все эти аспекты способствовали тому, что небольшое количество людей получает роботизированное протезирование, поэтому ученые из Карнеги-Меллона и Университета Миннесоты пытались изменить ситуацию, разработав неинвазивную технологию.
Тем не менее, при этом возникает множество проблем, в частности тот факт, что предыдущие интерфейсы мозг-компьютер не могли надежно декодировать нейронные сигналы из мозга и, следовательно, не могли плавно управлять роботизированными конечностями в реальном времени.
«Были достигнуты значительные успехи в области робототехнических устройств, управляемых разумом, использующих имплантаты мозга. Это отличная наука », - отмечает профессор Хе, комментируя предыдущие шаги к поиску« надежной »технологии.
«Но неинвазивность - это конечная цель. «Достижения в нейронном декодировании и практическая полезность неинвазивного управления роботизированной рукой будут иметь большое значение для возможного развития неинвазивной нейророботики», - добавляет он.
В своем текущем проекте профессор Хи и его команда использовали специальные методы распознавания и машинного обучения, чтобы «создать» надежную «связь» между мозгом и роботизированной рукой.
Неинвазивный интерфейс мозг-компьютер команды успешно декодировал нейронные сигналы, позволяя человеку впервые управлять роботизированной рукой в режиме реального времени, давая инструкции непрерывно и плавно следить за движениями курсора на экране.
Профессор Хе и его коллеги показали, что их подход, который включал в себя более интенсивное обучение пользователей, а также усовершенствованный метод «трансляции» нейронных сигналов, улучшил обучение интерфейсу мозг-компьютер примерно на 60%. Это также улучшило непрерывное отслеживание курсора роботизированной рукой более чем на 500%.
На данный момент исследователи протестировали свою инновационную технологию в сотрудничестве с 68 трудоспособными участниками, которые приняли участие в 10 сеансах каждый. Успех этих предварительных испытаний вселил в ученых надежду, что в конечном итоге они смогут донести эту технологию до людей, которые в ней нуждаются.
«Несмотря на технические проблемы с использованием неинвазивных сигналов, мы полностью привержены тому, чтобы предоставить эту безопасную и экономичную технологию людям, которые могут извлечь из нее пользу», - говорит профессор Хе.
«Эта работа представляет собой важный шаг в создании неинвазивных интерфейсов мозг-компьютер, технологии, которая когда-нибудь может стать повсеместной вспомогательной технологией, помогающей всем, как смартфоны».
Проф. Бин Хе
