211service.com
Gra na pianinie za pomocą robotycznej ręki
Podłączając się bezpośrednio do sygnałów elektrycznych mózgu, naukowcy z Uniwersytetu Johna Hopkinsa w Baltimore są na najlepszej drodze do opracowania protezy ręki, która będzie zręczniejsza niż kiedykolwiek wcześniej. Zademonstrowali po raz pierwszy, że aktywność neuronowa zarejestrowana w mózgu małpy może kontrolować palce robotycznej ręki, co powoduje, że gra ona kilka dźwięków na pianinie.
Ręka robota: Naukowcy opracowują interfejs neuronowy, który może wykorzystywać sygnały w mózgu do kontrolowania palców dłoni robota, jak pokazano tutaj.
Mamy nadzieję, że w końcu uda nam się na stałe wszczepić podobne macierze do kory ruchowej ludzi, mówi Mark Schieber , neurolog z University of Rochester w Nowym Jorku, który pracuje nad projektem. Jednak naukowcy ostrzegają, że praktyczna ludzka wersja interfejsu neuronowego jest jeszcze daleka.
Większość dostępnych obecnie protez rąk ogranicza się do chwytania przypominającego pazury. Znacznie ulepszona wersja, która pojawiła się na rynku w zeszłym tygodniu, wykorzystuje skurcze mięśni ramion do indywidualnej kontroli palców. (Zobacz Ręka dla rannych.) Chociaż ten rodzaj projektu jest ogromnym dobrodziejstwem dla osób po amputacji, przełożenie ich zamiaru przejścia na działanie poprzez aktywność mięśni wymaga świadomego wysiłku. Na dłuższą metę naukowcy chcieliby opracować protezę, która będzie bez wysiłku kontrolowana przez myśli użytkownika. Jeśli możesz dotknąć mózgu, możesz nagrać z samego mózgu intencję ruchu ręki i palca, mówi Nitish Thakor , neuroinżynier w John’s Hopkins, który pracuje nad projektem.
Do tej pory naukowcy stworzyli interfejsy neuronowe, które pozwalają małpom – i sparaliżowanym pacjentom, w kilku eksperymentalnych przypadkach – wykorzystywać aktywność mózgu do sięgania i chwytania za pomocą ramienia robota. (Zobacz Chipy mózgowe dają sparaliżowanym pacjentom nowe moce.) Jednak obecnie tworzone bardziej wyrafinowane protezy rąk wymagają dokładniejszego poziomu kontroli. Wraz z rozwojem wysoce sprawnej protezy ręki, mamy teraz motywację do prób kontrolowania poszczególnych palców, mówi Thakor.
Multimedia
Zobacz, jak aktywność neuronów przekłada się na ruchy palców robota.
Zobacz, jak robotyczna ręka, sterowana przez aktywność neuronową, gra „Frère Jacques”.
Aby stworzyć interfejs neuronowy, naukowcy zarejestrowali aktywność komórek mózgowych małp, które poruszały palcami na różne sposoby. (Wcześniej wykazano, że konkretna część kory ruchowej kontroluje ruchy palców). Naukowcy stworzyli następnie algorytmy do dekodowania tych sygnałów mózgowych poprzez identyfikację określonych wzorców aktywności powiązanych z określonymi ruchami. Kiedy system dekodujący był podłączony do robotycznej ręki i zasilany nowymi wzorcami aktywności neuronalnej, palce ręki wykonywały zamierzony ruch w 95 procentach czasu. Odkrycia są niezwykle zachęcające, mówi Kryszna Szenoj , neurolog z Uniwersytetu Stanforda, który nie jest zaangażowany w badania. Naukowcy zaprezentowali swoje Wyniki na konferencji poświęconej inżynierii neuronowej na początku tego roku.
Te początkowe eksperymenty zostały przeprowadzone w trybie off-line, co oznacza, że aktywność mózgu była rejestrowana, a następnie wprowadzana do systemu w późniejszym czasie. Ale naukowcy planują demonstrację na żywo w ciągu najbliższych sześciu miesięcy. Małpy, którym wszczepiono szereg elektrod rejestrujących, zostaną podłączone bezpośrednio do wirtualnej wersji protezy ramienia, która jest obecnie w fazie rozwoju. Naukowcy określą następnie, jak dobrze te zwierzęta, wyszkolone do wykonywania określonych ruchów ręką, mogą wykorzystywać aktywność mózgu do kontrolowania wirtualnej dłoni w czasie rzeczywistym.
Chociaż wstępne wyniki są ekscytujące, naukowcy mają przed sobą długą drogę, zanim będą mogli naśladować prawdziwą zręczność ręki. Każdy palec ma trzy lub cztery stopnie swobody, które należy kontrolować: zgięcie i wyprost w każdym z trzech stawów, a także przywodzenie i odwodzenie, mówi Schieber. Do tego dochodzi złożoność poruszania pięcioma pojedynczymi palcami, czasem jednocześnie, a czasem niezależnie.
Naukowcy nie wiedzą jeszcze, czy zbudowany przez nich system dekodujący będzie w stanie wykonywać unikalne działania – ruchy, które nie były częścią oryginalnego repertuaru użytego do stworzenia dekodera. Na dłuższą metę chcemy, aby [małpa] była w stanie zrobić wszystko, o czym w danej chwili przyjdzie mu do głowy, mówi Schieber. Ale nakłonienie algorytmu dekodowania do takiego uogólnienia to kolejne wyzwanie.