Kısmen Felçli Adamın Beynine Doğrudan Bağlanan Robotik Kollar Kendisini Beslemesine İzin Veriyor

Özet: Beyin-makine arayüz teknolojisi ve robotik kolların yardımıyla, felçli bir adam otuz yıl sonra ilk kez kendini besleyebildi.

Kaynak: sınırlar

İki robotik kol – bir elinde çatal, diğerinde bıçak – bir tabakta bir parça kekle bir masanın önünde oturan bir adamın yanında. Bilgisayarlı bir ses her eylemi duyurur: “Çatalı yemeğe taşıma” ve “Bıçağı geri çekme”. Kısmen felçli olan adam, “kesme yeri seç” gibi belirli komutlarda sağ ve sol yumruklarıyla ince hareketler yapar, böylece makine ısırık büyüklüğünde bir parçayı keser. Şimdi: “Yiyeceği ağza götürmek” ve çatalı ağzına hizalamak için başka bir ince jest.

Yaklaşık 30 yıldır parmaklarını kullanamayan, üst vücut hareketliliği çok sınırlı olan bir kişi, 90 saniyeden kısa bir süre içinde aklını ve bazı akıllı robotik ellerini kullanarak kendine tatlı yedirmiştir.

Laurel, Maryland’deki Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuvarı’ndaki (APL) ve Johns Hopkins Tıp Okulu’ndaki Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Bölümü’ndeki (PMR) araştırmacılar tarafından yönetilen bir ekip, dergide bir makale yayınladı. Nörorobotikte Sınırlar Bu son başarıyı bir beyin-makine arayüzü (BMI) ve bir çift modüler protez uzuv kullanarak açıkladı.

Bazen beyin-bilgisayar arayüzü olarak da adlandırılan BMI sistemleri, beyin ve bilgisayar arasında, nöral sinyallerin kodunu çözen ve bunları ekranda bir imleci hareket ettirmekten şimdiki eğlenceye kadar çeşitli harici işlevleri gerçekleştirmek için “çeviren” bir doğrudan iletişim bağlantısı sağlar. bir ısırık kek. Bu özel deneyde, beyinden gelen kas hareketi sinyalleri robotik protezlerin kontrolüne yardımcı oldu.

Yeni bir yaklaşım

Çalışma, başlangıçta ABD Savunma İleri Araştırma Proje Ajansı tarafından desteklenen Devrim Yaratan Protez programının bir parçası olarak, APL tarafından PMR Departmanı ile işbirliği içinde yürütülen, sinir bilimi, robotik ve yazılım alanlarında 15 yıldan fazla süren araştırmalara dayanmaktadır. (DARPA). Yeni makale, bir insanın minimum zihinsel girdi ile bir çift robotik protezi manevra etmesini sağlayan, paylaşılan kontrol için yenilikçi bir modelin ana hatlarını çiziyor.

Dr. Francesco Tenore, “Bu ortak kontrol yaklaşımı, beyin makine arayüzünün ve robotik sistemin içsel yeteneklerinden yararlanmayı ve kullanıcının akıllı bir protezin davranışını kişiselleştirebileceği ‘her iki dünyanın en iyisi’ ortamı yaratmayı amaçlıyor,” dedi. APL’nin Araştırma ve Keşif Geliştirme Departmanında kıdemli proje yöneticisi. Makalenin kıdemli yazarı Tenore, sinirsel arayüze ve uygulamalı sinirbilim araştırmalarına odaklanıyor.

“Sonuçlarımız ön olmasına rağmen, sınırlı yeteneğe sahip kullanıcılara giderek daha akıllı yardımcı makineler üzerinde gerçek bir kontrol duygusu vermekten heyecan duyuyoruz” diye ekledi.

Engelli insanlara yardım etmek

Makalede gösterilen robotik alanındaki en önemli gelişmelerden biri, robot özerkliğini sınırlı insan girdisi ile birleştirmek, makinenin işin çoğunu yapması ve kullanıcının robot davranışını kendi beğenisine göre özelleştirmesini sağlamasıdır. APL’deki Araştırma ve Keşif Geliştirme Departmanının Akıllı Sistemler Şubesinde ilk yazar ve kıdemli robotist.

“Robotların, işlevselliği azaltılmış insanlar için insan benzeri görevleri yerine getirebilmesi için, insan benzeri el becerisine ihtiyaçları olacak. İnsan benzeri el becerisi, karmaşık bir robot iskeletinin karmaşık kontrolünü gerektirir” diye açıkladı.

“Amacımız, kullanıcının belirli görevler için en önemli olan birkaç şeyi kontrol etmesini kolaylaştırmaktır.”

PMR departmanı proje baş araştırmacısı Dr. Pablo Celnik, “Bu projede gösterilen insan-makine etkileşimi, engelli insanlara yardım etmek için geliştirilebilecek potansiyel yetenekleri ifade ediyor” dedi.

Döngüyü kapatmak

DARPA programı Ağustos 2020’de resmi olarak sona ererken, APL ve Johns Hopkins Tıp Okulu’ndaki ekip, teknolojinin potansiyelini göstermek ve keşfetmek için diğer kurumlardaki meslektaşlarıyla işbirliği yapmaya devam ediyor.

Sistemin bir sonraki yinelemesi, amputelere duyusal stimülasyon sağladığını tespit eden önceki araştırmaları entegre edebilir, onların sadece hayali uzuvlarını algılamalarını değil, aynı zamanda bir protezi kontrol etmek için beyinden gelen kas hareket sinyallerini kullanmalarını sağlar.

Teori, doğrudan bir kişinin beynine iletilen duyusal geri bildirimin eklenmesinin, mevcut deneyde sürekli görsel geri bildirim gerektirmeden bazı görevleri yerine getirmesine yardımcı olabileceğidir.

Tenore, “Bu araştırma, günlük yaşamın bu karmaşık bimanual etkinliğini göstermek için tüm araçlara sahip olduğumuzu bildiğimiz bu felsefenin harika bir örneğidir,” dedi Tenore.

“Hem doğruluk hem de zamanlama açısından iyileştirilmiş görev yürütme ve sürekli görsel geri bildirime ihtiyaç duymadan kapalı döngü kontrolü de dahil olmak üzere birçok zorluk hala önümüzde duruyor.”

Celnik, “Gelecekteki araştırmalar, günlük yaşamın temel aktivitelerinin ötesinde bile bu etkileşimlerin sınırlarını keşfedecek.”

Bu nöroteknoloji ve robotik araştırma haberleri hakkında

Yazar: Basın ofisi
Kaynak: sınırlar
İletişim: Basın Ofisi – Sınırlar
Resim: Resim kamu malı

Orjinal araştırma: Açık Erişim.
Francesco Tenore ve ark., “Kendi kendine beslenme için bir BMI ile bimanuel robotik uzuvların ortak kontrolü”. Nörorobotikte Sınırlar

---

Soyut

Kendi kendine beslenme için bir BMI ile bimanuel robotik uzuvların ortak kontrolü

Akıllı robotik sistemlerdeki ve beyin-makine arayüzlerindeki (BMI) gelişmeler, duyusal-motor eksiklikleri olan bireylere işlevsellik ve bağımsızlığın yeniden kazandırılmasına yardımcı olmuştur; bununla birlikte, bir kullanıcı girdisi aracılığıyla koordineli bir şekilde birden çok uzuvda birden çok serbestlik derecesi (DOF) kontrol etmenin teknik karmaşıklığı göz önüne alındığında, bimanuel koordinasyon ve hassas manipülasyon gerektiren görevler çözümsüz kalmaya devam ediyor.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için, bimanuel kendi kendine besleme görevini gerçekleştirmek için iki Modüler Protez Uzuvunu (MPL) manipüle etmek ve koordine etmek için işbirlikçi bir paylaşılan kontrol stratejisi uyguladık.

Sensörimotor beyin bölgelerinde mikroelektrot dizileri olan bir insan katılımcı, iki elle kesmeyi içeren kendi kendine besleme görevini gerçekleştirmek için her iki MPL’ye de komutlar verdi. Bir seferde her MPL’de iki DOF’yi kontrol etmek için motor komutlarının kodu iki taraflı nöral sinyallerden çözülmüştür. Paylaşılan kontrol stratejisi, katılımcının robot uç efektör konumunu ve oryantasyonunu belirlemek için her elde iki olmak üzere dört DOF kontrol girişini 12 DOF’a kadar eşleştirmesini sağladı.

Katılımcı, sinirsel güdümlü paylaşılan kontrolü kullanarak, karmaşık bir bimanuel kendi kendine besleme görevinde yiyecekleri kesmek ve yemek için her iki robotik uzuvların hareketlerini başarıyla ve aynı anda kontrol etti.

Bimanuel robotik sistem kontrolünün bu gösterimi aracılığıyla Akıllı robot davranışıyla işbirliği içinde bir BMI, sensorimotor eksikliklerle yaşayanlar için karmaşık hareket davranışlarının geri kazanılmasında önemli etkilere sahiptir.