Neuroprosthetic tuntun Jẹ Awari Robotics AI kan

Awọn onimọ -jinlẹ ni EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) ni Siwitsalandi ti kede idasilẹ ti agbaye akọkọ fun iṣakoso ọwọ robotiki - iru tuntun ti neuroprosthetic ti o ṣe iṣọkan iṣakoso eniyan pẹlu adaṣe oye (AI) adaṣe fun titobi robot nla ati ṣe atẹjade iwadi wọn ni Oṣu Kẹsan ọdun 2019 ninu Imọye ẹrọ Iseda .

Neuroprosthetics (prosthetics neural) jẹ awọn ẹrọ atọwọda ti o ṣe ifamọra tabi mu eto aifọkanbalẹ ṣiṣẹ nipasẹ ifunni itanna lati isanpada fun awọn aipe ti o ni ipa awọn ọgbọn mọto, imọ, iran, gbigbọ, ibaraẹnisọrọ, tabi awọn ọgbọn oye. Awọn apẹẹrẹ ti neuroprosthetics pẹlu awọn atọkun ọpọlọ-kọnputa (BCIs), iwuri ọpọlọ ti o jinlẹ, awọn ifunni ọpa-ẹhin (SCS), awọn ifisilẹ iṣakoso àpòòtọ, awọn ifisilẹ cochlear, ati awọn ẹrọ inu ọkan.

Iye apọju apa apa gbogbo agbaye ni a nireti lati kọja 2.3 bilionu USD nipasẹ 2025, ni ibamu si awọn isiro lati ijabọ Oṣu Kẹjọ ọdun 2019 nipasẹ Iṣowo Ọja Agbaye. Ni ọdun 2018, iye ọja ọja kariaye de ọdọ bilionu kan USD ti o da lori ijabọ kanna. Oṣuwọn miliọnu meji awọn ara ilu Amẹrika jẹ awọn oninuure, ati pe o ju 185,000 awọn amputation ti a ṣe ni ọdun kọọkan, ni ibamu si Ile -iṣẹ Alaye Isonu Orilẹ -ede. Awọn akọọlẹ arun iṣọn -ẹjẹ fun ida ọgọrin 82 ti awọn amputation AMẸRIKA ni ibamu si ijabọ naa.

A ṣe agbekalẹ myoelectric kan lati rọpo awọn ẹya ara ti a ti ge pẹlu ọwọ atọwọda agbara ti ita ti o ṣiṣẹ nipasẹ awọn iṣan to wa tẹlẹ ti olumulo. Gẹgẹbi ẹgbẹ iwadii EPFL, awọn ẹrọ iṣowo ti o wa loni le fun awọn olumulo ni ipele giga ti ominira, ṣugbọn dexterity ko si nibikibi ti o fẹrẹ jẹ agile bi ọwọ eniyan ti ko ni ọwọ.

“Awọn ẹrọ iṣowo nigbagbogbo lo eto gbigbasilẹ ikanni meji lati ṣakoso iwọn kan ti ominira; iyẹn ni, ikanni sEMG kan fun isọdọtun ati ọkan fun itẹsiwaju, ”kowe awọn oniwadi EPFL ninu ikẹkọ wọn. “Lakoko ti o jẹ ogbon inu, eto naa n pese dexterity kekere. Awọn eniyan kọ awọn adaṣe myoelectric silẹ ni awọn oṣuwọn giga, ni apakan nitori wọn lero pe ipele iṣakoso ko to lati tọsi idiyele ati idiju ti awọn ẹrọ wọnyi. ”

Lati koju iṣoro ti aibikita pẹlu awọn panṣa myoelectric, awọn oniwadi EPFL mu ọna ajọṣepọ kan fun iwadii imudaniloju yii nipa apapọ awọn aaye imọ-jinlẹ ti neuroengineering, robotics, ati oye atọwọda lati ṣe adaṣe adaṣe apakan kan ti pipaṣẹ mọto fun “pinpin iṣakoso. ”

Silvestro Micera, Alaga Bertarelli Foundation ti EPFL ni Itumọ Neuroengineering, ati Ọjọgbọn ti Bioelectronics ni Scuola Superiore Sant'Anna ni Ilu Italia, wo ọna pipin yii fun ṣiṣakoso awọn ọwọ robotiki le mu ilọsiwaju isẹgun ati lilo wa fun ọpọlọpọ awọn idi neuroprosthetic bii ọpọlọ -awọn atọkun ẹrọ (BMI) ati awọn ọwọ bionic.

“Idi kan ti awọn panṣaga iṣowo ti o wọpọ julọ lo awọn oluṣeto ti o da lori sọfitiwia dipo awọn ti o ni ibamu jẹ nitori awọn alailẹgbẹ diẹ sii ni agbara lati duro ni iduro kan pato,” awọn oniwadi kọ. “Fun imudani, iru iṣakoso yii dara julọ lati yago fun sisọ lairotẹlẹ ṣugbọn rubọ ibẹwẹ olumulo nipa ihamọ nọmba awọn iduro ọwọ ti o ṣeeṣe. Imuse wa ti iṣakoso pipin ngbanilaaye fun ibẹwẹ olumulo mejeeji ati mimu agbara. Ni aaye ọfẹ, olumulo ni iṣakoso ni kikun lori awọn agbeka ọwọ, eyiti o tun ngbanilaaye fun iṣapẹrẹ iṣiṣẹ atinuwa fun mimu. ”

Ninu iwadi yii, awọn oniwadi EPFL ṣojukọ lori apẹrẹ ti awọn algoridimu sọfitiwia -ohun elo robotiki ti a pese nipasẹ awọn ẹgbẹ ita jẹ ti Allegro Hand ti a gbe sori robot KUKA IIWA 7, eto kamẹra OptiTrack ati awọn sensọ titẹ TEKSCAN.

Awọn onimọ -jinlẹ EPFL ṣẹda kodẹmu ipin -ipin kinematic nipa ṣiṣẹda perceptron multilayer (MLP) lati kọ ẹkọ bi o ṣe le tumọ itumọ olumulo lati le tumọ rẹ sinu gbigbe awọn ika lori ọwọ atọwọda. Perceptron multilayer jẹ nẹtiwọọki nkankikan atọwọda ti ifunni siwaju ti o nlo iṣipopada. MLP jẹ ọna ẹkọ ti o jinlẹ nibiti alaye ti lọ siwaju ni itọsọna kan, ni ilodisi ninu iyipo tabi lupu nipasẹ nẹtiwọọki nkankikan atọwọda.

Algorithm jẹ oṣiṣẹ nipasẹ data titẹ sii lati ọdọ olumulo ti n ṣe lẹsẹsẹ awọn agbeka ọwọ. Fun akoko idapọ iyara, ọna Levenberg – Marquardt ni a lo fun ibamu awọn iwuwo nẹtiwọọki dipo isọdi gradient. Ilana ikẹkọ ni kikun awoṣe yara ati mu kere ju awọn iṣẹju 10 fun awọn koko-ọrọ kọọkan, ṣiṣe algorithm wulo lati irisi lilo ile-iwosan.

“Fun amputee kan, o ṣoro pupọ gaan lati ṣe adehun awọn iṣan ọpọlọpọ, ọpọlọpọ awọn ọna oriṣiriṣi lati ṣakoso gbogbo awọn ọna ti awọn ika wa gbe,” Katie Zhuang sọ ni EPFL Translational Neural Engineering Lab, ẹniti o jẹ onkọwe akọkọ ti iwadii iwadii . “Ohun ti a ṣe ni pe a fi awọn sensosi wọnyi sori kùkùté wọn ti o ku, lẹhinna gbasilẹ wọn ki o gbiyanju lati tumọ kini awọn ami gbigbe. Nitori awọn ifihan agbara wọnyi le jẹ ariwo diẹ, ohun ti a nilo ni algorithm ẹkọ ẹrọ yii ti o yọkuro iṣẹ ṣiṣe ti o nilari lati awọn iṣan wọnyẹn ati tumọ wọn sinu awọn agbeka. Ati awọn agbeka wọnyi jẹ ohun ti o ṣakoso ika kọọkan ti awọn ọwọ robotiki. ”

Nitori awọn asọtẹlẹ ẹrọ ti awọn agbeka ika le ma jẹ deede 100 ogorun, awọn oniwadi EPFL ṣafikun adaṣe adaṣe lati jẹ ki ọwọ atọwọda ati lati bẹrẹ titiipa laifọwọyi ni ayika ohun kan ni kete ti o ti ṣe olubasọrọ akọkọ. Ti olumulo ba fẹ lati tu ohun kan silẹ, gbogbo ohun ti o ni lati ṣe ni igbiyanju lati ṣii ọwọ lati pa oludari roboti, ki o fi olumulo pada si iṣakoso ọwọ.

Gẹgẹbi Aude Billard ti o ṣe itọsọna EPFL Awọn Algorithms Ẹkọ ati yàrá Awọn ọna ṣiṣe, ọwọ roboti ni anfani lati fesi laarin awọn milliseconds 400. Ni ipese pẹlu awọn sensosi titẹ ni gbogbo awọn ika ọwọ, o le fesi ati mu nkan duro ṣaaju ki ọpọlọ le rii daju pe nkan naa n yọ, ”Billard sọ.

Nipa lilo oye atọwọda si neuroengineering ati robotik, awọn onimọ -jinlẹ EPFL ti ṣe afihan ọna tuntun ti iṣakoso pinpin laarin ẹrọ ati ero olumulo -ilosiwaju ninu imọ -ẹrọ neuroprosthetic.

Aṣẹ -aṣẹ © 2019 Cami Rosso Gbogbo ẹtọ wa ni ipamọ.