Newroprostetiku Ġdid Huwa Żvilupp Robotiku AI

Ix-xjentisti fl-EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) fl-Isvizzera ħabbru l-ħolqien ta 'l-ewwel waħda fid-dinja għall-kontroll robotiku ta' l-idejn - tip ġdid ta 'newroprostetiku li jgħaqqad il-kontroll tal-bniedem ma' l-intelliġenza artifiċjali (AI) awtomazzjoni għal aktar destrezza tar-robot u ppubblikaw ir-riċerka tagħhom f ' Settembru 2019 fi Intelliġenza tal-Magni tan-Natura .

Neuroprosthetics (prostetiċi newrali) huma apparati artifiċjali li jistimulaw jew itejbu s-sistema nervuża permezz ta 'stimulazzjoni elettrika biex jikkumpensaw għal nuqqasijiet li jħallu impatt fuq il-ħiliet bil-mutur, konjizzjoni, vista, smigħ, komunikazzjoni, jew ħiliet sensorji. Eżempji ta 'newroprostetika jinkludu interfaces moħħ-kompjuter (BCIs), stimulazzjoni profonda tal-moħħ, stimulaturi tal-korda spinali (SCS), impjanti għall-kontroll tal-bużżieqa tal-awrina, impjanti kokleari, u pacemakers tal-qalb.

Il-valur dinji tal-prostetika tar-riġlejn ta ’fuq huwa mistenni li jaqbeż it-2.3 biljun USD sal-2025, skont ċifri minn rapport ta’ Awwissu 2019 minn Global Market Insight. Fl-2018, il-valur tas-suq dinji laħaq biljun USD ibbażat fuq l-istess rapport. Huwa stmat li żewġ miljun Amerikan huma amputati, u hemm aktar minn 185,000 amputazzjoni li jsiru kull sena, skond iċ-Ċentru Nazzjonali ta 'Informazzjoni dwar it-Telf tal-Limb. Il-mard vaskulari jammonta għal 82 fil-mija tal-amputazzjonijiet tal-Istati Uniti skont ir-rapport.

Protesi miooelettrika tintuża biex tissostitwixxi partijiet tal-ġisem amputati b'riġlejn artifiċjali mħaddem esternament li jiġi attivat mill-muskoli eżistenti tal-utent. Skond it-tim ta 'riċerka ta' l-EPFL, l-apparat kummerċjali disponibbli llum jista 'jagħti lill-utenti livell għoli ta' awtonomija, iżda d-destrezza mkien m'hi kważi b'aġilità daqs l-id umana intatta.

“L-apparati kummerċjali normalment jużaw sistema ta 'żewġ kanali ta' reġistrazzjoni biex jikkontrollaw grad wieħed ta 'libertà; jiġifieri, kanal sEMG wieħed għall-flessjoni u wieħed għall-estensjoni, ”kitbu r-riċerkaturi tal-EPFL fl-istudju tagħhom. “Filwaqt li intuwittiva, is-sistema tipprovdi ftit destrezza. In-nies jabbandunaw il-proteżi mioelettriċi b'rati għoljin, parzjalment minħabba li jħossu li l-livell ta 'kontroll mhuwiex biżżejjed biex jistħoqqlu l-prezz u l-kumplessità ta' dawn l-apparati. "

Biex jindirizzaw il-problema tad-destrezza bi proteżi miooelettriċi, riċerkaturi tal-EPFL ħadu approċċ interdixxiplinari għal dan l-istudju tal-prova tal-kunċett billi kkombinaw l-oqsma xjentifiċi tan-newroinġinerija, robotika, u intelliġenza artifiċjali biex semi-awtomatizza parti mill-kmand tal-mutur għal "maqsuma kontroll."

Silvestro Micera, il-President tal-Fondazzjoni Bertarelli tal-EPFL fin-Neuroengineering Traslazzjonali, u Professur tal-Bijoelettronika fi Scuola Superiore Sant'Anna fl-Italja, iqis li dan l-approċċ komuni għall-kontroll tal-idejn robotiċi jista 'jtejjeb l-impatt kliniku u l-użabilità għal firxa wiesgħa ta' skopijiet newroprotetiċi bħal moħħ -interfaces mal-magna (BMIs) u idejn bijoniċi.

"Raġuni waħda għaliex il-proteżi kummerċjali jużaw b'mod aktar komuni decoders ibbażati fuq klassifikaturi minflok dawk proporzjonali hija minħabba li klassifikaturi jibqgħu aktar b'saħħithom f'pożizzjoni partikolari," kitbu r-riċerkaturi. “Biex taqbad, dan it-tip ta 'kontroll huwa ideali biex jipprevjeni t-twaqqigħ aċċidentali iżda jissagrifika l-aġenzija tal-utent billi jirrestrinġi n-numru ta' qagħdiet possibbli tal-idejn. L-implimentazzjoni tagħna ta 'kontroll kondiviż tippermetti kemm aġenzija ta' l-utent u kemm tifhem is-saħħa. Fl-ispazju ħieles, l-utent għandu kontroll sħiħ fuq il-movimenti ta 'l-idejn, li jippermetti wkoll pre-iffurmar volontarju biex taqbad. "

F'dan l-istudju, ir-riċerkaturi tal-EPFL iffukaw fuq id-disinn tal-algoritmi tas-softwer - il-hardware robotiku li kien ipprovdut minn partijiet esterni jikkonsisti f'Allegro Hand immuntat fuq ir-robot KUKA IIWA 7, sistema ta 'kamera OptiTrack u sensuri tal-pressjoni TEKSCAN.

Ix-xjenzati tal-EPFL ħolqu decoder proporzjonali kinematiku billi ħolqu perceptron b'ħafna saffi (MLP) biex jitgħallmu kif jinterpretaw l-intenzjoni tal-utent sabiex jissarrfu f'moviment ta 'swaba' fuq idejn artifiċjali. Perċeptron b'ħafna saffi huwa netwerk newrali artifiċjali feedforward li juża l-propagazzjoni b'lura. L-MLP huwa metodu ta 'tagħlim profond fejn l-informazzjoni timxi' l quddiem f'direzzjoni waħda, kontra f'ċiklu jew linja permezz tan-netwerk newrali artifiċjali.

L-algoritmu huwa mħarreġ bid-dejta tal-input mill-utent li jwettaq serje ta 'movimenti tal-idejn. Għal ħin ta 'konverġenza aktar mgħaġġel, il-metodu Levenberg – Marquardt intuża biex jitwaħħlu l-piżijiet tan-netwerk minflok dixxendenza ta' gradjent. Il-proċess ta 'taħriġ tal-mudell sħiħ kien mgħaġġel u ħa inqas minn 10 minuti għal kull wieħed mis-suġġetti, u għamel l-algoritmu prattiku minn perspettiva ta' użu kliniku.

"Għal persuna amputata, fil-fatt huwa diffiċli ħafna li tikkuntratta l-muskoli ħafna u ħafna modi differenti biex tikkontrolla l-modi kollha li jiċċaqalqu s-swaba 'tagħna," qalet Katie Zhuang fl-EPFL Translational Neural Engineering Lab, li kien l-ewwel awtur tal-istudju ta' riċerka. . “Dak li nagħmlu hu li npoġġu dawn is-sensuri fuq iz-zokk li jifdal tagħhom, u mbagħad nirreġistrawhom u nippruvaw ninterpretaw x'inhuma s-sinjali tal-moviment. Minħabba li dawn is-sinjali jistgħu jkunu daqsxejn storbjużi, dak li għandna bżonn huwa dan l-algoritmu ta 'tagħlim bil-magna li jiġbed attività sinifikanti minn dawk il-muskoli u tinterpretahom f'movimenti. U dawn il-movimenti huma dawk li jikkontrollaw kull saba 'ta' l-idejn robotiċi. "

Minħabba li l-previżjonijiet tal-magna tal-movimenti tas-swaba 'jistgħu ma jkunux 100 fil-mija preċiżi, ir-riċerkaturi tal-EPFL inkorporaw awtomazzjoni robotika biex jippermettu l-idejn artifiċjali u biex awtomatikament jibdew jagħlqu madwar oġġett ladarba jsir il-kuntatt inizjali. Jekk l-utent irid jirrilaxxa oġġett, kull ma għandu jagħmel hu li jipprova jiftaħ l-idejn sabiex jitfi l-kontrollur robotiku, u jerġa 'jpoġġi lill-utent fil-kontroll ta' l-idejn.

Skond Aude Billard li tmexxi l-Algoritmi tat-Tagħlim u l-Laboratorju tas-Sistemi ta 'l-EPFL, l-idejn robotiku jista' jirreaġixxi fi żmien 400 millisekonda. "Mgħammar b'sensers tal-pressjoni tul is-swaba 'kollha, jista' jirreaġixxi u jistabbilizza l-oġġett qabel ma l-moħħ ikun jista 'fil-fatt jipperċepixxi li l-oġġett qed jiżloq," qal Billard.

Bl-applikazzjoni ta 'intelliġenza artifiċjali għan-newroinġinerija u r-robotika, ix-xjenzati tal-EPFL urew l-approċċ il-ġdid ta' kontroll kondiviż bejn l-intenzjoni tal-magna u l-utent - avvanz fit-teknoloġija newroprotetika.

Copyright © 2019 Cami Rosso Id-drittijiet kollha riżervati.