Yapay Zeka

Yapay Zeka ile Eğitimli Dış İskeletler Hareketi İyileştiriyor ve Enerji Tasarrufu Sağlıyor

Özet: Yeni bir çalışma, yapay zeka ve bilgisayar simülasyonlarının robotik dış iskeletleri nasıl eğiterek kullanıcıların yürürken, koşarken ve merdiven çıkarken enerji tasarrufu yapmasına yardımcı olduğunu ayrıntılarıyla anlatıyor. Bu yöntem, insanların dahil olduğu uzun deneylere olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve çeşitli yardımcı cihazlara uygulanabilir.

Bu buluş, hareketlilik sorunları yaşayanlara yardım etme ve günlük yaşamda erişilebilirliği artırma konusunda önemli bir potansiyel sunuyor. Araştırmacılar, katılımcıların dış iskeletle %24,3’e kadar daha az enerji kullandığını buldu.

Ana unsurlar:

  1. Yapay zeka ve simülasyonlar, insanların dahil olduğu deneyler olmadan dış iskeletleri eğitiyor.
  2. Dış iskeletler, kullanıcıların hareket testlerinde %24,3’e kadar enerji tasarrufu yapmasına yardımcı oldu.
  3. Yöntem, protezler de dahil olmak üzere çeşitli yardımcı cihazlara uygulanabilir.

Kaynak: New Jersey Teknoloji Enstitüsü

Bir araştırmacı ekibi, kullanıcıların yürürken, koşarken ve merdiven çıkarken enerji tasarrufu yapmasına yardımcı olabilecek robotik dış iskeletleri eğitmek için yapay zeka ve bilgisayar simülasyonlarından yararlanan yeni bir yöntem gösterdi.

Yayınlanan bir çalışmada açıklanan DoğaYeni yöntem, insanların dahil olduğu uzun deneylere dayanmadan, harekete yardımcı olacak dış iskelet kontrolörlerini hızla geliştiriyor.

Üstelik yöntem, bu araştırmada gösterilen kalça dış iskeletinin ötesinde çok çeşitli yardımcı cihazlara da uygulanabilir.

Bu dış iskeleti gösterir.
Dış iskeletin oluşturulması. Kredi bilgileri: New Jersey Teknoloji Enstitüsü

NJIT BiyoDynamics Laboratuvarı direktörü ve doçent Xianlian Zhou, “Bu aynı zamanda diz veya ayak bileği dış iskeletlerine veya diğer çok eklemli dış iskeletlere de uygulanabilir” dedi.

Buna ek olarak, benzer şekilde diz üstü veya diz altı protezlere de uygulanarak milyonlarca sağlıklı ve hareket engelli bireye anında fayda sağlanabileceğini söyledi.

Zhou, “Dış iskelet kontrolörümüz özel olarak yapay zeka destekli simülasyonlar yoluyla geliştirildiğinden, yaklaşımımız giyilebilir robot teknolojisinde önemli bir ilerlemeye işaret ediyor” diye açıklıyor. “Ayrıca, bu kontrol cihazı daha fazla insan denek testine ihtiyaç duymadan donanıma sorunsuz bir şekilde geçiş yaparak onu deneysiz hale getiriyor.”

Bu atılım, yaşlılar veya felç geçirenler de dahil olmak üzere hareket etme zorluğu çeken kişilere, kapsamlı testler için bir laboratuvar veya klinik ortamda bulunmalarını gerektirmeden yardım etme konusunda umut vaat ediyor. Sonuçta, hareketliliğin yeniden sağlanmasının ve günlük ev içi veya topluluk yaşamında erişilebilirliğin arttırılmasının önünü açıyor.

Çalışmayla ilgili bir makalenin ilgili yazarı ve mekanik alanında doçent olan Hao Su, “Bu çalışma, insanlara doğrudan fayda sağlamak amacıyla giyilebilir robotları kontrol etmek için fizik bilgili ve veriye dayalı takviyeli öğrenmeyi kullanan yeni bir yöntem öneriyor ve gösteriyor” diyor. ve North Carolina Eyalet Üniversitesi’nde havacılık ve uzay mühendisliği.

Dış iskeletler, yaralanma rehabilitasyonundan engelli kişiler için kalıcı yardıma kadar çok çeşitli kullanıcılarda insan lokomotif performansını iyileştirme potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, uzun insan testleri ve kontrol yasaları, geniş çapta benimsenmesini sınırladı.

Araştırmacılar, bir yapay zeka programının fiziksel bir teknolojiye entegre edildiği sistemler olan somutlaştırılmış yapay zeka sistemlerinin otonom kontrolünü geliştirmeye odaklandı.

Bu çalışma, robotik dış iskeletlere, sağlıklı insanlara çeşitli hareketlerde nasıl yardımcı olunacağını öğretmeye odaklandı ve alt ekstremite rehabilitasyon dış iskeletleri için daha önce yapılan pekiştirmeli öğrenmeye dayalı araştırmaları genişletti; ayrıca Zhou, Su ve birkaç kişi arasında ortak bir çaba yürütüldü.

Embry-Riddle Havacılık Üniversitesi’nde yardımcı doçent ve kitabın ilk yazarı Shuzhen Luo, “Güçlendirilmiş öğrenimdeki önceki başarılar öncelikle simülasyon ve masa oyunlarına odaklanma eğilimindeydi; yöntemimiz, giyilebilir robotlar için kontrolör geliştirmede anahtar teslim çözümler için bir temel sağlıyor” diyor. her ikisi de işe yarar. Luo daha önce hem Zhou’nun hem de Su’nun laboratuvarlarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışıyordu.

Normalde, kullanıcıların yürümesine, koşmasına veya merdiven çıkmasına yardımcı olmak için teknolojinin ne kadar kuvvete ihtiyaç duyulduğunu ve bu kuvvetin ne zaman uygulanacağını bilmesi için kullanıcıların bir dış iskeleti “eğitmek” için saatler harcaması gerekir.

Yeni yöntem, kullanıcıların dış iskeletleri hemen kullanmasına olanak tanıyor çünkü kapalı döngü simülasyonu hem dış iskelet kontrolörünü hem de kas-iskelet sistemi dinamiği, insan-robot etkileşimi ve kas reaksiyonlarının fizik modellerini içeriyor, böylece verimli ve gerçekçi veriler üretiliyor ve simülasyonda daha iyi kontrol politikasını yinelemeli olarak öğreniyor .

Ünite, hemen kullanıma hazır olacak şekilde önceden programlanmıştır ve araştırmacıların laboratuvarda genişletilmiş simülasyonlar yoluyla iyileştirmeler yapması durumunda donanımdaki kontrol cihazını güncellemek de mümkündür. Bu projenin gelecekteki beklentileri arasında, kullanıcılara çeşitli günlük yaşam aktivitelerinde yardımcı olacak kişiselleştirilmiş, özel olarak tasarlanmış kontrolörlerin geliştirilmesi yer alıyor.

Su, “Bu çalışma aslında bilim kurguyu gerçeğe dönüştürüyor; insanların çeşitli görevleri yerine getirirken daha az enerji harcamasına olanak tanıyor” diyor.

Örneğin, insan deneklerle yapılan testlerde araştırmacılar, çalışma katılımcılarının robotik dış iskelet içinde yürürken, dış iskelet olmadan yürümeye kıyasla %24,3 daha az metabolik enerji kullandıklarını buldu. Katılımcılar dış iskelette koşarken %13,1, merdiven çıkarken ise %15,4 daha az enerji kullandılar.

Bu çalışma, araştırmacıların sağlıklı insanlarla yaptığı çalışmalara odaklanırken, yeni yöntem, hareket kabiliyeti kısıtlı insanlara yardımcı cihazlar kullanarak yardımcı olmayı amaçlıyor.

Su, “Çerçevemiz, hem sağlıklı hem de hareket engelli bireyler için çeşitli yardımcı robotların hızlı gelişimi ve yaygın şekilde benimsenmesi için genelleştirilebilir ve ölçeklenebilir bir strateji sunabilir” diyor.

“Yaşlı yetişkinler ve serebral palsi gibi nörolojik rahatsızlıkları olan kişiler tarafından kullanılan robotik dış iskeletlerde yeni yöntemin performansını test etmenin ilk aşamalarındayız. Ayrıca yöntemin robotik protez cihazlarının performansını artırmak için nasıl kullanılabileceğini araştırmakla da ilgileniyoruz.”

Finansman: Bu araştırma, 1944655 ve 2026622 ödülleri kapsamında Ulusal Bilim Vakfı’nın desteğiyle yapıldı; DRRP 90DPGE0019 ödülü kapsamında Ulusal Engellilik, Bağımsız Yaşam ve Rehabilitasyon Araştırma Enstitüsü; Toplum Yaşamı İdaresi’nin İsviçre Araştırma Bursu Programı; ve Ulusal Sağlık Enstitüleri, 1R01EB035404 ödülü altında.

Bu yapay zeka ve nöroteknoloji araştırma haberleri hakkında

Soyut

Simülasyonda öğrenme yoluyla deney gerektirmeyen dış iskelet yardımı

Dış iskeletler insanın lokomotif performansını artırmak için muazzam bir potansiyele sahiptir. Ancak bunların geliştirilmesi ve geniş çapta yayılması, uzun insan testleri ve el yapımı kontrol yasalarının gerekliliği nedeniyle sınırlıdır. Burada simülasyonda çok yönlü bir kontrol politikasını öğrenmek için deney gerektirmeyen bir yöntem gösteriyoruz.

Simülasyonda öğrenme çerçevemiz, insan deneyleri olmadan simülasyon ile gerçeklik arasındaki boşluğu kapatmak için dinamikleri tanıyan kas-iskelet sistemi ve dış iskelet modellerinden ve veriye dayalı takviyeli öğrenmeden yararlanır.

Öğrenilen kontrolör, yürüme, koşma ve merdiven çıkma için sırasıyla %24,3, %13,1 ve %15,4 oranında azaltılmış metabolik hızlarla farklı aktivitelerde otomatik olarak destek üreten özel bir kalça dış iskeletine yerleştirildi.

Çerçevemiz, hem sağlıklı hem de hareket engelli bireyler için çeşitli yardımcı robotların hızlı gelişimi ve yaygın şekilde benimsenmesi için genelleştirilebilir ve ölçeklenebilir bir strateji sunabilir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/ai-exoskeleton-movement-26314/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu