Is e briseadh adhartach robot a th ’ann an neuroprosthetic ùr

Tha luchd-saidheans aig EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) san Eilbheis air ainmeachadh gun deach a ’chiad saoghal a chruthachadh airson smachd làimhe robotach - seòrsa ùr de neuroprosthetic a bhios a’ ceangal smachd daonna le fèin-ghluasad fiosrachaidh fuadain (AI) airson barrachd comas robot agus air an rannsachadh aca fhoillseachadh ann an Sultain 2019 a-steach Eòlas inneal nàdur .

Tha neuroprosthetics (prosthetics neural) nan innealan fuadain a bhrosnaicheas no a leasaicheas an siostam nearbhach tro bhrosnachadh dealain gus dìoladh a dhèanamh airson easbhaidhean a bheir buaidh air sgilean motair, eòlas-inntinn, sealladh, cluinntinn, conaltradh, no sgilean mothachaidh. Tha eisimpleirean de neuroprosthetics a ’toirt a-steach eadar-aghaidh eanchainn-coimpiutair (BCI), brosnachadh eanchainn domhainn, luchd-brosnachaidh corda droma (SCS), implantan smachd bladder, implantan cochlear, agus luchd-ceum cridhe.

Thathas an dùil gum bi luach prosthetics nan gàirdean àrda air feadh an t-saoghail nas àirde na 2.3 billean USD ro 2025, a rèir figearan bho aithisg san Lùnastal 2019 le Global Market Insight. Ann an 2018, ràinig luach margaidh na cruinne billean USD stèidhichte air an aon aithisg. Thathas a ’meas gu bheil dà mhillean Ameireaganach nan amputees, agus tha còrr air 185,000 luathachadh air a dhèanamh gach bliadhna, a rèir an Ionad Fiosrachaidh call Limb Nàiseanta. Tha galar vascùrach a ’dèanamh suas 82 sa cheud de bhrùchdadh na SA a rèir na h-aithisg.

Tha prosthesis myoelectric air a chleachdadh gus buill bodhaig amputated a chuir an àite le buill fuadain taobh a-muigh a tha air an cur an gnìomh leis na fèithean a th ’aig an neach-cleachdaidh. A rèir sgioba rannsachaidh EPFL, faodaidh na h-innealan malairteach a tha rim faighinn an-diugh ìre àrd de neo-eisimeileachd a thoirt do luchd-cleachdaidh, ach chan eil an comasachd a-nis faisg air cho sùbailte ris an làmh daonna iomlan.

“Mar as trice bidh innealan malairteach a’ cleachdadh siostam dà-chlàradh-seanail gus smachd a chumail air aon ìre de shaorsa; is e sin, aon seanal sEMG airson sùbailteachd agus aon airson leudachadh, ”sgrìobh an luchd-rannsachaidh EPFL san sgrùdadh aca. “Ged a tha e intuitive, chan eil an siostam a’ toirt mòran comas. Bidh daoine a ’trèigsinn prostheses myoelectric aig ìrean àrda, gu ìre air sgàth gu bheil iad a’ faireachdainn nach eil an ìre smachd gu leòr airson a bhith airidh air prìs agus iom-fhillteachd nan innealan sin. "

Gus dèiligeadh ris an duilgheadas de dhilseachd le prostheses myoelectric, ghabh luchd-rannsachaidh EPFL dòigh-obrach eadar-chuspaireil airson an sgrùdadh dearbhaidh-bheachd seo le bhith a ’cothlamadh raointean saidheansail neuroengineering, robotics, agus inntleachd fuadain gus leth-fèin-ghluasad a dhèanamh air pàirt den àithne motair airson“ co-roinnte smachd. ”

Tha Silvestro Micera, Cathraiche Stèidheachd Bertarelli aig EPFL ann an Neuroengineering Eadar-theangachaidh, agus Àrd-ollamh Bioelectronics aig Scuola Superiore Sant’Anna san Eadailt, a ’faicinn an dòigh-obrach cho-roinnte seo airson smachd a chumail air làmhan robotach gus buaidh clionaigeach agus so-chleachdachd a leasachadh airson raon farsaing de adhbharan neuroprosthetic leithid eanchainn. eadar-aghaidh -to-inneal (BMIs) agus làmhan bionic.

“Is e aon adhbhar gu bheil prostheses malairteach mar as trice a’ cleachdadh decoders stèidhichte air seòrsachadh an àite feadhainn co-roinneil seach gu bheil luchd-clas a ’fuireach ann an suidheachadh sònraichte nas làidire,” sgrìobh an luchd-rannsachaidh. “Airson greimeachadh, tha an seòrsa smachd seo air leth freagarrach gus casg a chuir air tuiteam gun fhiosta ach tha e ag ìobradh buidheann luchd-cleachdaidh le bhith a’ cuingealachadh na tha de phuist làimhe comasach. Tha ar buileachadh smachd co-roinnte a ’ceadachadh an dà chuid buidheann luchd-cleachdaidh agus greim fhaighinn air neart. Ann an àite an-asgaidh, tha làn smachd aig an neach-cleachdaidh air gluasadan làimhe, a tha cuideachd a ’ceadachadh ro-chumadh volitional airson greim fhaighinn.”

Anns an sgrùdadh seo, chuir an luchd-rannsachaidh EPFL fòcas air dealbhadh algorithms bathar-bog - tha am bathar-cruaidh robotach a chaidh a thoirt seachad le pàrtaidhean taobh a-muigh a ’toirt a-steach Làmh Allegro air a chuir suas air inneal-fuadain KUKA IIWA 7, siostam camara OptiTrack agus mothachairean cuideam TEKSCAN.

Chruthaich an luchd-saidheans EPFL decoder cuibhrionn kinematic le bhith a ’cruthachadh perceptron multilayer (MLP) gus ionnsachadh mar a mhìnicheas tu rùn an neach-cleachdaidh gus a thionndadh gu gluasad corragan air làmh fuadain. Tha perceptron multilayer na lìonra neural fuadain feedforward a bhios a ’cleachdadh backpropagation. Tha MLP na dhòigh ionnsachaidh domhainn far am bi fiosrachadh a ’gluasad air adhart ann an aon taobh, an aghaidh ann an cearcall no lùb tron ​​lìonra neural fuadain.

Tha an algorithm air a thrèanadh le dàta inntrigidh bhon neach-cleachdaidh a ’coileanadh sreath de ghluasadan làimhe. Airson ùine co-ghluasaid nas luaithe, chaidh an dòigh Levenberg-Marquardt a chleachdadh airson cuideaman an lìonraidh a chuir an àite teàrnadh caisead. Bha am pròiseas trèanaidh làn-mhodail luath agus thug e nas lugha na 10 mionaidean airson gach cuspair, a ’dèanamh an algorithm practaigeach bho shealladh cleachdadh clionaigeach.

“Airson neach-labhairt, tha e gu math duilich na fèithean a chùmhnadh mòran, mòran dhòighean eadar-dhealaichte gus smachd a chumail air na dòighean anns a bheil ar corragan a’ gluasad, ”thuirt Katie Zhuang aig Lab Einnseanaireachd Neural Translation EPFL, a bha na chiad ùghdar air an sgrùdadh rannsachaidh . “Is e na bhios sinn a’ dèanamh a bhith a ’cur na mothachairean sin air an stump a tha air fhàgail aca, agus an uairsin gan clàradh agus a’ feuchainn ri mìneachadh dè na comharran gluasaid a th ’ann. Leis gum faod na comharran sin a bhith beagan fuaim, is e na tha a dhìth oirnn an algorithm ionnsachaidh inneal seo a tha a ’toirt a-mach gnìomhachd brìoghmhor bho na fèithean sin agus gan mìneachadh gu gluasadan. Agus is e na gluasadan sin a tha a ’cumail smachd air gach meur de na làmhan robotach.”

Leis gur dòcha nach eil an ro-innse inneal de ghluasadan meòir 100 sa cheud ceart, thug an luchd-rannsachaidh EPFL a-steach fèin-ghluasad robotach gus an làmh fuadain a chomasachadh agus gus tòiseachadh gu fèin-ghluasadach a ’dùnadh timcheall nì aon uair‘ s gu bheil an conaltradh tùsail air a dhèanamh. Ma tha an neach-cleachdaidh airson rud a leigeil ma sgaoil, chan eil aige ach oidhirp a dhèanamh gus an làmh fhosgladh gus an rianadair robotach a chuir dheth, agus an neach-cleachdaidh a chuir air ais fo smachd na làimhe.

A rèir Aude Billard a tha a ’stiùireadh Obair-lann Ionnsachaidh agus Siostaman Ionnsachaidh EPFL, tha an làmh robotach comasach air freagairt taobh a-staigh 400 milliseconds. “Uidheamachadh le mothachairean cuideam air feadh nan corragan, is urrainn dha an rud ath-bhualadh agus a dhèanamh seasmhach mus urrainn don eanchainn mothachadh gu bheil an rud a’ sleamhnachadh, ”thuirt Billard.

Le bhith a ’cur innleachdas fuadain an sàs ann an neuroengineering agus robotics, tha luchd-saidheans EPFL air an dòigh ùr de smachd co-roinnte a nochdadh eadar inneal agus rùn neach-cleachdaidh - adhartas ann an teicneòlas neuroprosthetic.

Còraichean © 2019 Cami Rosso Gach còir glèidhte.