Førsteklasses robotarm fungerer uten hjerneimplantat
De første eksperimentene av forskere, som bruker et ikke-invasivt, high-fidelity-grensesnitt for å kontrollere en robotarm, har vært vellykkede. I fremtiden tar forskerne sikte på å perfeksjonere teknologien for å gjøre den mer tilgjengelig.
Robotte armer og andre robotinstrumenter kan høres ut som en futuristisk utvikling, men de har eksistert i mange år og har hjulpet både kirurger og ingeniører.
Mindre vanlig er imidlertid protetiske, robotarme som lar mennesker som har mistet en lem, få tilbake bevegelsesfriheten.
En mann fra Florida kom overskriftene i 2018 etter å ha mottatt et modulært proteselem - en robotarm for å erstatte armen han mistet i 2007 på grunn av kreft.
Mannen kan kontrollere robotarmen sin takket være en "omdirigering" av visse nerveender, men foreløpig er denne protesen - utviklet av forskere fra Johns Hopkins University i Baltimore, MD - ikke tilgjengelig for andre mennesker som kanskje også trenger det.
Et annet prosjekt - fra University of Chicago i Illinois - har testet prototype protesearmer på rhesus macaque aper. Dyrene er alle redninger med amputasjoner i lemmer på grunn av alvorlige skader, og de er i stand til å kontrollere protese lemmer takket være spesielle hjerneimplantater.
Nå har forskere fra Carnegie Mellon University i Pittsburgh, PA og University of Minnesota i Minneapolis klart for første gang å bruke et ikke-invasivt hjerne-datamaskingrensesnitt for å kontrollere en robotarm. Forskerne rapporterer om suksessen i en studiepapir som vises i tidsskriftet Science Robotics.
Svært forbedret teknologi
Prof. Bin He, fra Carnegie Mellon, leder forskerteamet som brukte et grensesnitt som ikke krever hjerneimplantat - som er en invasiv prosedyre - for å koordinere bevegelsene til en robotarm.
Prof. Han og kollegaer ønsker å utvikle en høyverdig, ikke-invasiv metode for å koble hjernen og fleksibel proteser fordi det å sette inn hjerneimplantater ikke bare trenger høy kirurgisk dyktighet og presisjon, men også mye penger, ettersom implantater er kostbare. Videre kommer hjerneimplantater med en rekke helserisiko, inkludert infeksjon.
Alle disse aspektene har bidratt til det lave antallet mennesker som får robotproteser, så forskerne ved Carnegie Mellon og University of Minnesota har forsøkt å snu bordene ved å utvikle en ikke-invasiv teknologi.
Likevel er det mange utfordringer med å gjøre dette, spesielt det faktum at tidligere hjernedatamaskingrensesnitt ikke er i stand til å dekode nevrale signaler fra hjernen pålitelig, og derfor ikke kan kontrollere robotlemmer jevnt, i sanntid.
“Det har vært store fremskritt innen tankekontrollerte robotapparater som bruker hjerneimplantater. Det er utmerket vitenskap, "bemerker prof. He, og kommenterer tidligere trinn for å finne en" pålitelig "teknologi.
“Men ikke-invasivt er det endelige målet. Fremskritt innen nevral dekoding og den praktiske bruken av ikke-invasiv robotarmkontroll vil ha store implikasjoner for den endelige utviklingen av ikke-invasive neurorobotics, ”legger han til.
I sitt nåværende prosjekt brukte prof. Han og team spesialiserte sensing- og maskinlæringsteknikker for å "bygge opp" en pålitelig "forbindelse" mellom hjernen og en robotarm.
Lagets ikke-invasive hjerne-datamaskingrensesnitt dekodet vellykket nevrale signaler, slik at en person for første gang kunne kontrollere en robotarm i sanntid og instruerte den om kontinuerlig og jevnlig å følge bevegelsene til en markør på en skjerm.
Prof. Han og kollegaer viste at deres tilnærming - som inkluderte en høyere mengde brukeropplæring, samt en forbedret "oversettelsesmetode" for nevralt signal - forbedret læring av hjernedatamaskingrensesnitt med omtrent 60%. Det forbedret også robotarmens kontinuerlige sporing av markøren med over 500%.
Så langt har forskerne testet sin innovative teknologi i samarbeid med 68 arbeidsdyktige deltakere som deltok i opptil 10 økter hver. Suksessen med disse foreløpige forsøkene har gjort forskerne håpefulle om at de til slutt vil kunne bringe denne teknologien til individene som trenger den.
"Til tross for tekniske utfordringer ved bruk av ikke-invasive signaler, er vi forpliktet til å bringe denne trygge og økonomiske teknologien til folk som kan dra nytte av den," sier prof. He.
"Dette arbeidet representerer et viktig skritt i ikke-invasive hjernedatamaskingrensesnitt, en teknologi som en dag kan bli en gjennomgripende hjelpeteknologi som hjelper alle, som smarttelefoner."
Prof. Bin He
