Interfejs mózg – komputer po szwajcarsku
05/23/2022
Politechnika Generalna w Lozannie pokazała efekt swojej pracy – interfejs mózg – komputer, pozwalający na manipulowanie robotycznym ramieniem. Dwie grupy badawcze EPFL połączyły siły, aby opracować program uczenia maszynowego, który można podłączyć do ludzkiego mózgu i wykorzystać do sterowania robotem.
Celem programu jest pomoc osobom z tetraplegią – nieodwracalnym porażeniem czterokończynowym. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki temu wynalazkowi pacjenci z tetraplegią będą mogli samodzielnie wykonywać więcej codziennych czynności. Od lat pracuje się nad opracowaniem systemów, które mogą pomóc tym pacjentom w samodzielnym wykonywaniu niektórych zadań.
Profesor Aude Billard, kierowniczka Laboratorium Algorytmów i Systemów Uczenia się School of Engineering, mówi: „Ludzie z urazem rdzenia kręgowego często doświadczają trwałych deficytów neurologicznych i poważnych upośledzeń ruchowych, które uniemożliwiają im wykonywanie nawet najprostszych zadań, takich jak chwytanie przedmiotu.
Profesor Billard przeprowadziła badanie z prof. José del R. Millánem, który w tym czasie był szefem Laboratorium Interfejsu Mózg-Maszyna EPFL, ale od tego czasu przeniósł się na Uniwersytet w Teksasie. Obie grupy badawcze opracowały program komputerowy, który może sterować robotem za pomocą sygnałów elektrycznych emitowanych przez mózg pacjenta. Nie jest potrzebne sterowanie głosowe ani funkcja dotykowa; pacjenci mogą poruszać robotem swoimi myślami. Badanie zostało opublikowane w Communications Biology, ogólnodostępnym czasopiśmie Nature Portfolio.
Unikanie przeszkód
Naukowcy rozpoczęli pracę od ramienia robota. Ramię to może poruszać się w wielu płaszczyznach, zmieniać położenie obiektów przed nim i omijać obiekty na swojej drodze. Prof. Billard mówi: „W naszym badaniu zaprogramowaliśmy robota, aby omijał przeszkody, ale mogliśmy wybrać dowolne inne zadanie, takie jak napełnienie szklanki wody lub pchanie lub ciągnięcie przedmiotu”.
Algorytm, który może uczyć się z myśli
Wiązało się to z opracowaniem algorytmu, który mógłby dostosowywać ruchy robota wyłącznie na podstawie myśli pacjenta. Algorytm jest połączony z czepkiem wyposażonym w elektrody do przeprowadzania skanów elektroencefalogramu (EEG) aktywności mózgu pacjenta. Aby korzystać z systemu, pacjent musi jedynie spojrzeć na robota. Jeśli robot wykona nieprawidłowy ruch, mózg pacjenta wyemituje „komunikat o błędzie” poprzez wyraźnie rozpoznawalny sygnał, tak jakby pacjent powiedział „Nie, nie w ten sposób”. Robot zrozumie wtedy, że to, co robi, jest złe – ale na początku nie będzie wiedział dokładnie, dlaczego. Aby pomóc robotowi w znalezieniu właściwej odpowiedzi, komunikat o błędzie jest wprowadzany do algorytmu, który wykorzystuje uczenie przez wzmacnianie (IRL) aby określić, czego chce pacjent i jakie działania musi podjąć robot. Odbywa się to za pomocą procesu prób i błędów, w którym robot wypróbowuje różne ruchy, aby sprawdzić, który z nich jest prawidłowy. Proces przebiega dość szybko – zwykle wystarczy trzy do pięciu prób, aby robot znalazł właściwą reakcję i spełnił życzenia pacjenta.
Następny krok: wózek inwalidzki sterowany umysłem
Naukowcy mają nadzieję, że w końcu wykorzystają swój algorytm do sterowania wózkami inwalidzkimi. Prof. Billard mówi: „Mamy do pokonania wiele przeszkód inżynieryjnych. „A wózki inwalidzkie stanowią zupełnie nowy zestaw wyzwań, ponieważ zarówno pacjent, jak i robot są w ruchu”. Zespół planuje również użyć swojego algorytmu z robotem, który może odczytywać kilka różnych rodzajów sygnałów i koordynować dane otrzymywane z mózgu z danymi z funkcji wzrokowo-ruchowych.
Zobacz też:
