Neuroprotesi berria AI robotikaren aurrerapen bat da

Suitzako EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) zientzialariek iragarri dute esku robotikoen kontrolerako munduko lehenengoa sortuko dutela - gizakien kontrola adimen artifizialeko (AI) automatizazioarekin bateratzen duen neuroprotesi mota berri bat robot trebetasun handiagoa lortzeko argitaratu dute eta 2019ko iraila Nature Machine Intelligence .

Neuroprotesi (protesi neuralak) nerbio-sistema estimulazio elektrikoaren bidez estimulatzen edo hobetzen duten gailu artifizialak dira, motrizitateetan, kognizioan, ikusmenean, entzumenean, komunikazioan edo zentzumen trebetasunetan eragina duten gabeziak konpentsatzeko. Neuroprostetikaren adibideak garunaren eta ordenagailuaren interfazeak (BCI), garuneko estimulazio sakona, bizkarrezur-muineko estimulatzaileak (SCS), maskuria kontrolatzeko inplanteak, koklear inplanteak eta bihotz-taupadak dira.

Global Market Insight-ek 2019ko abuztuko txostenean jasotako datuen arabera, 2025. urterako 2.325 milioi dolar baino gehiago gainditzea espero da mundu osoko gorputz-adarren protesi balioa. 2018an, mundu osoko merkatuko balioa milioi bat dolar iritsi zen txosten berean oinarrituta. Kalkulatutako bi milioi estatubatuar amputatuak dira, eta urtero 185.000 anputazio baino gehiago egiten dira, National Limb Loss Information Center zentroaren arabera. Gaixotasun baskularrak AEBetako anputazioen ehuneko 82 dira txostenaren arabera.

Protesi mioelektrikoa erabiltzen da ebakitako gorputz atalak erabiltzailearen lehendik dauden giharrek aktibatzen duten kanpoko indarreko adar artifizial batekin ordezkatzeko. EPFL ikerketa taldearen arabera, gaur egun eskuragarri dauden gailu komertzialek autonomia maila handia eman diezaiekete erabiltzaileei, baina trebezia ez da inon ere gizakien eskua osorik bezain arina.

“Gailu komertzialek normalean bi grabazioko kanal sistema erabiltzen dute askatasun maila bakarra kontrolatzeko; hau da, sEMG kanal bat flexiorako eta beste bat hedapenerako ", idatzi dute EPFLko ikertzaileek beren ikerketan. “Intuitiboa bada ere, sistemak trebetasun gutxi eskaintzen du. Jendeak protesi mioelektrikoak tasa altuetan alde batera uzten ditu, batez ere kontrol-maila ez dela nahikoa gailu horien prezioa eta konplexutasuna merezi dutelakoan ".

Protesi mioelektrikoekin trebetasunaren arazoari aurre egiteko, EPFLko ikertzaileek diziplina arteko ikuspegia hartu zuten kontzeptuaren froga azterketa honetarako, neuroingeniaritza, robotika eta adimen artifizialaren arlo zientifikoak konbinatuz, motor komandoaren zati bat erdi automatizatzeko kontrola ".

Silvestro Micera, EPFLko Bertarelli Fundazioko Neuroingeniaritza Translazionaleko katedraduna eta Italiako Scuola Superiore Sant'Anna ikastetxeko Bioelektronikako irakaslea, esku robotikoen kontrolerako ikuspegi partekatu honen iritzia inpaktu klinikoa eta erabilgarritasuna hobetu dezake helburu neuroprotetiko ugarirako, hala nola garuna. -makinako interfazeak (BMI) eta esku bionikoak.

"Protesi komertzialek sailkatzaileetan oinarritutako deskodetzaileak proportzionalen ordez erabili ohi dituzten arrazoi bat da sailkatzaileek jarrera jakin batean sendoago jarraitzen dutela", idatzi dute ikertzaileek. "Atxikitzeko, kontrol mota hau ezin hobea da ustekabean erortzea saihesteko, baina erabiltzaileen agentzia sakrifikatzen du eskuetako jarrera posible kopurua murriztuz. Kontrol partekatuaren ezarpenak erabiltzaileen agentzia eta sendotasuna ahalbidetzen ditu. Espazio librean, erabiltzaileak erabateko kontrola du eskuen mugimenduen gainean, eta horri esker, aurrea hartzeko borondatezko moldaketa ere ahalbidetzen da ".

Ikerketa honetan, EPFLko ikertzaileek softwarearen algoritmoen diseinuan jarri zuten arreta - kanpoko alderdiek emandako hardware robotikoa KUKA IIWA 7 robotean muntatutako Allegro Hand batek, OptiTrack kamera sistema batek eta TEKSCAN presio sentsoreek osatzen dute.

EPFLko zientzialariek deskodetzaile proportzional zinematikoa sortu zuten geruza anitzeko pertzeptroa (MLP) sortuz, erabiltzailearen asmoa nola interpretatu ikasteko esku artifizialeko hatz mugimenduetara itzultzeko. Geruza anitzeko pertzeptronoa atzeranzko hedapena erabiltzen duen sare neuronal artifiziala da. MLP ikaskuntza sakona duen metodoa da, informazioa norabide bakarrean aurrera egiten baitu, sare neuronal artifizialeko ziklo edo begizta baten aurrean.

Algoritmoa erabiltzailearen sarrerako datuekin trebatzen da esku mugimendu batzuk eginez. Konbergentzia denbora azkarragoa lortzeko, Levenberg – Marquardt metodoa erabili zen sareko pisuak egokitzeko gradiente jaitsieraren ordez. Eredu osoko prestakuntza prozesua azkarra izan zen eta 10 minutu baino gutxiago behar izan zituen irakasgai bakoitzeko, algoritmoa praktikoa bihurtuz erabilera klinikoaren ikuspegitik.

"Amputatu batentzat, oso zaila da muskuluak gure hatzak mugitzeko modu guztiak kontrolatzeko modu asko eta asko kontratatzea", esan du Katie Zhuangek EPFL Translational Neural Engineering Laborategian, ikerketaren lehen egilea izan zen. . "Guk egiten duguna da sentsore horiek geratzen diren enborrean jarri, eta ondoren grabatu eta mugimendu seinaleak zeintzuk diren interpretatzen saiatzen gara. Seinale horiek zaratatsuak izan daitezkeenez, behar duguna da muskulu horietatik jarduera esanguratsua ateratzen duen eta mugimenduetan interpretatzen duen ikasteko makina algoritmo hau. Eta mugimendu horiek dira esku robotikoen hatz bakoitza kontrolatzen dutenak ".

Hatzen mugimenduen makinen iragarpenak ehuneko 100ean zehatzak ez direnez, EPFLko ikertzaileek robot automatizazioa sartu zuten esku artifiziala ahalbidetzeko eta objektu baten inguruan automatikoki ixten hasteko hasierako kontaktua egin ondoren. Erabiltzaileak objektu bat askatu nahi badu, egin behar duena eskua irekitzen saiatzea da robot kontrolagailua itzaltzeko eta erabiltzailea berriro eskuaren kontrolean jartzeko.

AFL Billard-ek EPFLren Ikasketa Algoritmoak eta Sistemak Laborategia zuzentzen duenaren arabera, esku robotikoa 400 milisegundotan erreakzionatzeko gai da. "Hatzetan presio sentsorez hornituta, objektuak erreakzionatu eta egonkortu egin dezake garunak objektuak irrist egiten duela antzeman aurretik", esan du Billardek.

Adimen artifiziala neuroingeniaritzari eta robotikari aplikatuta, EPFLko zientzialariek makina eta erabiltzailearen asmoen arteko kontrol partekatuaren ikuspegi berria erakutsi dute —teknologia neuroprotesikoan aurrerapen bat—.

Copyright © 2019 Cami Rosso Eskubide guztiak gordeak.