Το πρώτο ρομποτικό βραχίονα λειτουργεί χωρίς εμφύτευση εγκεφάλου
Τα πρώτα πειράματα επιστημόνων, χρησιμοποιώντας μια μη επεμβατική διεπαφή υψηλής πιστότητας για τον έλεγχο ενός ρομποτικού βραχίονα, ήταν επιτυχή. Στο μέλλον, οι ερευνητές στοχεύουν να τελειοποιήσουν την τεχνολογία για να την καταστήσουν ευρύτερα διαθέσιμη.
Τα ρομποτικά όπλα και άλλα ρομποτικά όργανα μπορεί να ακούγονται σαν μια φουτουριστική ανάπτυξη, αλλά υπάρχουν εδώ και χρόνια, βοηθώντας τους χειρουργούς και τους μηχανικούς.
Λιγότερο συνηθισμένα, ωστόσο, είναι τα προσθετικά, ρομποτικά χέρια που επιτρέπουν σε άτομα που έχουν χάσει ένα άκρο να ανακτήσουν την ελευθερία κινήσεων.
Ένας άντρας από τη Φλόριντα έκανε τα πρωτοσέλιδα το 2018 αφού έλαβε ένα αρθρωτό προσθετικό σκέλος - ένα ρομποτικό βραχίονα για να αντικαταστήσει το χέρι που έχασε το 2007 λόγω καρκίνου.
Ο άντρας μπορεί να ελέγξει το ρομποτικό του χέρι χάρη στην «αναδρομολόγηση» ορισμένων νευρικών απολήξεων, αλλά μέχρι στιγμής αυτό το προσθετικό - που αναπτύχθηκε από επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη, MD - δεν είναι διαθέσιμο σε άλλους ανθρώπους που μπορεί επίσης να το χρειάζονται.
Ένα άλλο έργο - από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο στο Ιλινόις - δοκιμάζει πρωτότυπα προσθετικά όπλα σε πιθήκους μακάκου rhesus. Όλα τα ζώα σώζονται με ακρωτηριασμούς άκρων λόγω σοβαρών τραυματισμών και είναι σε θέση να ελέγχουν τα προσθετικά τους άκρα χάρη σε ειδικά εμφυτεύματα εγκεφάλου.
Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ, στο PA και το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα στη Μινεάπολη κατάφεραν, για πρώτη φορά, να χρησιμοποιήσουν μια μη επεμβατική διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή για τον έλεγχο ενός ρομποτικού βραχίονα. Οι επιστήμονες αναφέρουν την επιτυχία τους σε ένα έγγραφο μελέτης που εμφανίζεται στο περιοδικό Επιστημονική Ρομποτική.
Εξαιρετικά βελτιωμένη τεχνολογία
Ο καθηγητής Bin He, από το Carnegie Mellon, ηγείται της ερευνητικής ομάδας που χρησιμοποίησε μια διεπαφή που δεν απαιτεί εμφύτευμα εγκεφάλου - η οποία είναι μια επεμβατική διαδικασία - για τον συντονισμό των κινήσεων ενός ρομποτικού βραχίονα.
Ο καθηγητής Αυτός και οι συνάδελφοί του θέλουν να αναπτύξουν μια υψηλής πιστότητας, μη επεμβατική μέθοδο σύνδεσης του εγκεφάλου και των ευέλικτων προσθετικών επειδή η εισαγωγή εγκεφαλικών εμφυτευμάτων χρειάζεται όχι μόνο υψηλή χειρουργική ικανότητα και ακρίβεια, αλλά και πολλά χρήματα, καθώς τα εμφυτεύματα είναι δαπανηρά. Επιπλέον, τα εμφυτεύματα εγκεφάλου έρχονται με διάφορους κινδύνους για την υγεία, συμπεριλαμβανομένης της μόλυνσης.
Όλες αυτές οι πτυχές έχουν συμβάλει στον χαμηλό αριθμό ατόμων που λαμβάνουν ρομποτική προσθετική, οπότε οι επιστήμονες στο Carnegie Mellon και το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα προσπαθούσαν να γυρίσουν τους πίνακες αναπτύσσοντας μια μη επεμβατική τεχνολογία.
Ωστόσο, υπάρχουν πολλές προκλήσεις για να γίνει αυτό, ιδίως το γεγονός ότι οι προηγούμενες διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή δεν είναι σε θέση να αποκωδικοποιήσουν αξιόπιστα νευρικά σήματα από τον εγκέφαλο, και έτσι δεν μπορούν να ελέγχουν ομαλά τα ρομποτικά άκρα, σε πραγματικό χρόνο.
«Υπήρξαν σημαντικές εξελίξεις στις ελεγχόμενες από το μυαλό ρομποτικές συσκευές που χρησιμοποιούν εμφυτεύματα εγκεφάλου. Είναι εξαιρετική επιστήμη », σημειώνει ο καθηγητής He, σχολιάζοντας τα προηγούμενα βήματα για την εξεύρεση μιας« αξιόπιστης »τεχνολογίας.
«Αλλά το μη επεμβατικό είναι ο απώτερος στόχος. Οι εξελίξεις στην αποκωδικοποίηση των νευρώνων και η πρακτική χρησιμότητα του μη επεμβατικού ελέγχου ρομπότ βραχίονα θα έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην ενδεχόμενη ανάπτυξη μη επεμβατικών νευροβωτικών », προσθέτει.
Στο τρέχον πρόγραμμά τους, ο καθηγητής Αυτός και η ομάδα χρησιμοποίησαν εξειδικευμένες τεχνικές αίσθησης και μηχανικής μάθησης για να «χτίσουν» μια αξιόπιστη «σύνδεση» μεταξύ του εγκεφάλου και ενός ρομποτικού βραχίονα.
Η μη επεμβατική διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή της ομάδας αποκωδικοποίησε με επιτυχία νευρικά σήματα, επιτρέποντας σε ένα άτομο, για πρώτη φορά, να ελέγχει ένα ρομποτικό βραχίονα σε πραγματικό χρόνο, δίνοντάς του να παρακολουθεί συνεχώς και ομαλά τις κινήσεις ενός δρομέα στην οθόνη.
Ο καθηγητής Αυτός και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι η προσέγγισή τους - η οποία περιελάμβανε υψηλότερο επίπεδο εκπαίδευσης χρηστών, καθώς και βελτιωμένη μέθοδος μετάφρασης νευρικού σήματος - βελτίωσε την εκμάθηση διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή κατά περίπου 60%. Επίσης, βελτίωσε τη συνεχή παρακολούθηση του κέρσορα του ρομποτικού βραχίονα κατά πάνω από 500%.
Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν δοκιμάσει την καινοτόμο τεχνολογία τους με τη συνεργασία 68 ικανών συμμετεχόντων που συμμετείχαν σε έως και 10 συνεδρίες ο καθένας. Η επιτυχία αυτών των προκαταρκτικών δοκιμών κατέστησε τους επιστήμονες ελπιδοφόρους ότι θα μπορέσουν τελικά να φέρουν αυτήν την τεχνολογία στα άτομα που τη χρειάζονται.
«Παρά τις τεχνικές προκλήσεις που χρησιμοποιούν μη επεμβατικά σήματα, είμαστε πλήρως δεσμευμένοι να προσφέρουμε αυτήν την ασφαλή και οικονομική τεχνολογία σε άτομα που μπορούν να επωφεληθούν από αυτήν», λέει ο καθηγητής He.
"Αυτή η εργασία αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα στις μη επεμβατικές διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή, μια τεχνολογία, η οποία κάποια μέρα μπορεί να γίνει μια διάχυτη βοηθητική τεχνολογία που βοηθά όλους, όπως τα smartphone."
Καθ. Bin He
