Mae Niwroprosthetig Newydd yn Ddatblygiad Roboteg AI

Mae gwyddonwyr yn EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) yn y Swistir wedi cyhoeddi y bydd y cyntaf yn y byd ar gyfer rheoli dwylo robotig - math newydd o niwroprosthetig sy'n uno rheolaeth ddynol ag awtomeiddio deallusrwydd artiffisial (AI) ar gyfer mwy o ddeheurwydd robot ac wedi cyhoeddi eu hymchwil yn Medi 2019 yn Deallusrwydd Peiriant Natur .

Mae niwroprostheteg (prostheteg niwral) yn ddyfeisiau artiffisial sy'n ysgogi neu'n gwella'r system nerfol trwy ysgogiad trydanol i wneud iawn am ddiffygion sy'n effeithio ar sgiliau echddygol, gwybyddiaeth, gweledigaeth, clyw, cyfathrebu neu sgiliau synhwyraidd. Mae enghreifftiau o niwroprostheteg yn cynnwys rhyngwynebau ymennydd-cyfrifiadur (BCIs), ysgogiad ymennydd dwfn, symbylyddion llinyn asgwrn y cefn (SCS), mewnblaniadau rheoli bledren, mewnblaniadau cochlear, a rheolyddion calon.

Disgwylir i werth prostheteg aelodau uchaf ledled y byd fod yn fwy na 2.3 biliwn USD erbyn 2025, yn ôl ffigurau o adroddiad ym mis Awst 2019 gan Global Market Insight. Yn 2018, cyrhaeddodd gwerth y farchnad fyd-eang un biliwn USD yn seiliedig ar yr un adroddiad. Amcangyfrifir bod dwy filiwn o Americanwyr yn amputees, ac mae dros 185,000 o drychiadau yn cael eu gwneud yn flynyddol, yn ôl y Ganolfan Wybodaeth Genedlaethol ar gyfer Colli aelodau. Mae clefyd fasgwlaidd yn cyfrif am 82 y cant o drychiadau yr Unol Daleithiau yn ôl yr adroddiad.

Defnyddir prosthesis myoelectrig i ddisodli rhannau o'r corff sydd wedi'u torri â choes artiffisial sy'n cael ei bweru'n allanol sy'n cael ei actifadu gan gyhyrau presennol y defnyddiwr. Yn ôl tîm ymchwil EPFL, gall y dyfeisiau masnachol sydd ar gael heddiw roi lefel uchel o ymreolaeth i ddefnyddwyr, ond nid yw’r deheurwydd yn unman bron mor ystwyth â’r llaw ddynol gyfan.

“Mae dyfeisiau masnachol fel arfer yn defnyddio system dwy recordiad-sianel i reoli un radd o ryddid; hynny yw, un sianel sEMG ar gyfer ystwytho ac un ar gyfer estyniad, ”ysgrifennodd ymchwilwyr EPFL yn eu hastudiaeth. “Er ei fod yn reddfol, nid yw’r system yn darparu llawer o ddeheurwydd. Mae pobl yn cefnu ar brosthesisau myoelectrig ar gyfraddau uchel, yn rhannol oherwydd eu bod yn teimlo nad yw lefel y rheolaeth yn ddigonol i deilyngu pris a chymhlethdod y dyfeisiau hyn. "

Er mwyn mynd i’r afael â phroblem deheurwydd gyda phrosthesisau myoelectrig, cymerodd ymchwilwyr EPFL ddull rhyngddisgyblaethol ar gyfer yr astudiaeth prawf-gysyniad hon trwy gyfuno meysydd gwyddonol niwro-beirianneg, roboteg, a deallusrwydd artiffisial i led-awtomeiddio rhan o’r gorchymyn modur ar gyfer “rhannu. rheolaeth. ”

Mae Silvestro Micera, Cadeirydd Sefydliad Bertarelli EPFL mewn Niwro-beirianneg Drosiadol, ac Athro Bioelectroneg yn Scuola Superiore Sant'Anna yn yr Eidal, o'r farn y gall y dull cyffredin hwn o reoli dwylo robotig wella'r effaith glinigol a'r defnyddioldeb ar gyfer ystod eang o ddibenion niwroprosthetig fel ymennydd rhyngwynebau -to-peiriant (BMIs) a dwylo bionig.

“Un rheswm pam mae prostheses masnachol yn defnyddio datgodyddion sy’n seiliedig ar ddosbarthwyr yn lle rhai cyfrannol yn fwy cyffredin oherwydd bod dosbarthwyr yn aros yn gadarnach mewn ystum benodol,” ysgrifennodd yr ymchwilwyr. “Ar gyfer gafael, mae’r math hwn o reolaeth yn ddelfrydol i atal gollwng damweiniol ond mae’n aberthu asiantaeth ddefnyddwyr trwy gyfyngu ar nifer yr ystumiau llaw posib. Mae gweithredu rheolaeth a rennir yn caniatáu ar gyfer asiantaeth defnyddwyr a gafael ar gadernid. Mewn gofod rhydd, mae gan y defnyddiwr reolaeth lawn dros symudiadau llaw, sydd hefyd yn caniatáu ar gyfer cyn-siapio foltiol ar gyfer gafael. ”

Yn yr astudiaeth hon, canolbwyntiodd ymchwilwyr EPFL ar ddyluniad yr algorithmau meddalwedd - mae'r caledwedd robotig a ddarparwyd gan bartïon allanol yn cynnwys Llaw Allegro wedi'i osod ar robot KUKA IIWA 7, system gamera OptiTrack a synwyryddion pwysau TEKSCAN.

Creodd y gwyddonwyr EPFL ddatgodiwr cyfrannol cinematig trwy greu perceptron amlhaenog (MLP) i ddysgu sut i ddehongli bwriad y defnyddiwr er mwyn ei drosi i symud bysedd ar law artiffisial. Rhwydwaith niwral artiffisial porthiant yw perceptron amlhaenog sy'n defnyddio ôl-rannu. Mae MLP yn ddull dysgu dwfn lle mae gwybodaeth yn symud ymlaen i un cyfeiriad, yn erbyn mewn cylch neu ddolen trwy'r rhwydwaith niwral artiffisial.

Mae'r algorithm wedi'i hyfforddi gan ddata mewnbwn gan y defnyddiwr sy'n perfformio cyfres o symudiadau llaw. Am amser cydgyfeirio cyflymach, defnyddiwyd y dull Levenberg-Marquardt ar gyfer gosod pwysau'r rhwydwaith yn lle disgyniad graddiant. Roedd y broses hyfforddi model llawn yn gyflym ac yn cymryd llai na 10 munud ar gyfer pob un o'r pynciau, gan wneud yr algorithm yn ymarferol o safbwynt defnydd clinigol.

“I rywun sydd dan amheuaeth, mae'n anodd iawn contractio'r cyhyrau lawer, llawer o wahanol ffyrdd i reoli'r holl ffyrdd y mae ein bysedd yn symud,” meddai Katie Zhuang yn Labordy Peirianneg Niwral Cyfieithiadol EPFL, a oedd awdur cyntaf yr astudiaeth ymchwil . “Yr hyn rydyn ni'n ei wneud yw ein bod ni'n rhoi'r synwyryddion hyn ar eu bonyn sy'n weddill, ac yna'n eu recordio a cheisio dehongli beth yw'r signalau symud. Oherwydd y gall y signalau hyn fod ychydig yn swnllyd, yr hyn sydd ei angen arnom yw'r algorithm dysgu peiriant hwn sy'n tynnu gweithgaredd ystyrlon o'r cyhyrau hynny ac yn eu dehongli'n symudiadau. A’r symudiadau hyn yw’r hyn sy’n rheoli pob bys o’r dwylo robotig. ”

Oherwydd efallai na fydd rhagfynegiadau peiriannau symudiadau bysedd 100 y cant yn gywir, ymgorfforodd ymchwilwyr EPFL awtomeiddio robotig i alluogi'r llaw artiffisial ac i ddechrau cau o amgylch gwrthrych yn awtomatig unwaith y bydd y cyswllt cychwynnol wedi'i wneud. Os yw'r defnyddiwr eisiau rhyddhau gwrthrych, y cyfan sy'n rhaid iddo ef neu hi ei wneud yw ceisio agor y llaw er mwyn diffodd y rheolydd robotig, a rhoi'r defnyddiwr yn ôl yn rheoli'r llaw.

Yn ôl Aude Billard sy'n arwain Labordy Algorithmau a Systemau Dysgu EPFL, mae'r llaw robotig yn gallu ymateb o fewn 400 milieiliad. “Yn meddu ar synwyryddion pwysau ar hyd y bysedd, gall ymateb a sefydlogi'r gwrthrych cyn y gall yr ymennydd ganfod bod y gwrthrych yn llithro,” meddai Billard.

Trwy gymhwyso deallusrwydd artiffisial i niwro-beirianneg a roboteg, mae'r gwyddonwyr EPFL wedi dangos y dull newydd o reoli ar y cyd rhwng bwriad peiriant a defnyddiwr - cynnydd mewn technoleg niwroprosthetig.

Hawlfraint © 2019 Cami Rosso Cedwir pob hawl.