Nýtt taugalyf er bylting í gervigreindar vélmennum

Vísindamenn við EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) í Sviss hafa tilkynnt að stofnað verði fyrsta veröld fyrir handstýringu vélfærafræði - ný tegund taugalyfja sem sameinar stjórnun manna með gervigreind (AI) sjálfvirkni til að auka handbragð vélmenna og birtu rannsóknir sínar á September 2019 í Náttúruvéla greind .

Taugalyf (taugagervingar) eru gervitæki sem örva eða auka taugakerfið með raförvun til að bæta upp skort sem hefur áhrif á hreyfifærni, vitund, sjón, heyrn, samskipti eða skynfærni. Sem dæmi um taugalyfjameðferð má nefna tengi við heila og tölvu (BCI), örvun djúps heila, mænuörvandi (SCS), ígræðslu á þvagblöðru, ígræðslu á krabbameini og gangráð.

Búist er við að gervigreindagildi efri hluta útlima verði meira en 2,3 milljarðar USD árið 2025, samkvæmt tölum frá skýrslu Global Market Insight frá ágúst 2019. Árið 2018 náði markaðsvirði á heimsvísu einum milljarði Bandaríkjadala miðað við sömu skýrslu. Talið er að tvær milljónir Bandaríkjamanna séu aflimaðir og það eru yfir 185.000 aflimanir gerðar árlega samkvæmt National Limb Loss Information Center. Æðasjúkdómar eru 82 prósent af aflimunum Bandaríkjanna samkvæmt skýrslunni.

Vöðvastæltur gerviliður er notaður til að skipta út aflimuðum líkamshlutum fyrir utanaðkomandi knúnan gervilim sem er virkjaður af núverandi vöðvum notandans. Samkvæmt rannsóknarteymi EPFL geta viðskiptatækin sem fáanleg eru í dag veitt notendum mikla sjálfsstjórn, en handlagni er hvergi nærri eins lipur og ósnortin mannshönd.

„Viðskiptatæki nota venjulega tveggja hljóðrásarkerfi til að stjórna einu frelsi; það er ein SEMG rás fyrir sveigjanleika og ein fyrir framlengingu, “skrifuðu vísindamenn EPFL í rannsókn sinni. „Þótt kerfið sé leiðandi veitir það litla handlagni. Fólk yfirgefur stoðtæki í völdum á háu gengi, meðal annars vegna þess að það telur að stjórnunarstigið sé ófullnægjandi til að verðleiki verð og flækjustig þessara tækja. “

Til að takast á við vandamál fimleika með stoðtækjum í vöðva, tóku EPFL vísindamenn þverfaglega nálgun fyrir þessa sönnun á hugmyndafræði með því að sameina vísindasvið taugaverkfræði, vélmenni og gervigreind til að hálfvirka sjálfvirkan hluta mótorskipunarinnar fyrir „sameiginlega stjórn. “

Silvestro Micera, formaður Bertarelli-stofnunar EPFL í þýðingafræðilegum taugaverkfræðingum, og prófessor í líftæknifræði við Scuola Superiore Sant'Anna á Ítalíu, lítur á þessa sameiginlegu nálgun til að stjórna vélfærafræðihöndum geti bætt klínísk áhrif og notagildi í fjölmörgum taugagræðilegum tilgangi eins og heila. -viðtengi við vél (BMI) og bionic hendur.

„Ein ástæðan fyrir því að stoðtæki í atvinnuskyni nota oftar afpóðara sem byggir á flokkara í stað hlutfallslegra er vegna þess að flokkunaraðilar eru með sterkari hætti í ákveðinni líkamsstöðu,“ skrifuðu vísindamennirnir. „Til að grípa til er þessi tegund stjórna tilvalin til að koma í veg fyrir að maður sleppi fyrir slysni en fórnar notendaskrifstofunni með því að takmarka fjölda mögulegra handstöðu. Innleiðing okkar á sameiginlegri stjórn gerir ráð fyrir bæði notendaskrifstofu og að átta sig á styrkleika. Í lausu rými hefur notandinn fulla stjórn á hreyfingum á höndum, sem gerir einnig kleift að gera fyrirfram mótun til að grípa til. “

Í þessari rannsókn einbeittu EPFL vísindamenn sér að hönnun hugbúnaðaralgoritma - vélbúnaðar vélbúnaðarins sem var veittur af utanaðkomandi aðilum samanstendur af Allegro Hand sem er festur á KUKA IIWA 7 vélmennið, OptiTrack myndavélakerfi og TEKSCAN þrýstiskynjara.

EPFL vísindamennirnir bjuggu til hreyfifræðilegan hlutfallslegan afkóða með því að búa til fjöllaga skynjunartæki (MLP) til að læra hvernig á að túlka fyrirætlun notandans til að þýða það í hreyfingu fingra á gervihönd. Marglaga skynjunartæki er gervi taugakerfi sem miðar áfram og notar uppgræðslu. MLP er djúp námsaðferð þar sem upplýsingar fara áfram í eina átt, á móti hringrás eða lykkju í gegnum gervitauganetið.

Reikniritið er þjálfað með inntaksgögnum frá notandanum sem framkvæmir röð handhreyfinga. Fyrir hraðari samleitnistíma var Levenberg – Marquardt aðferðin notuð til að passa netþyngdina í stað halla niður. Æfingarferlið í fullri fyrirmynd var hratt og tók innan við 10 mínútur fyrir hvert námsfólk og gerði reikniritið hagnýtt frá sjónarhóli klínískrar notkunar.

„Fyrir aflimaðan er það í raun mjög erfitt að draga saman vöðvana á marga, marga mismunandi vegu til að stjórna öllum leiðum sem fingur okkar hreyfast,“ sagði Katie Zhuang hjá EPFL Translational Neural Engineering Lab, sem var fyrsti höfundur rannsóknarrannsóknarinnar. . „Það sem við gerum er að við setjum þessa skynjara á liðina sem eftir er, og skráum þá og reynum að túlka hver hreyfimerkin eru. Vegna þess að þessi merki geta verið svolítið hávær, það sem við þurfum er þessi vélanámsreiknirit sem dregur fram mikilvæga virkni úr þessum vöðvum og túlkar þá í hreyfingar. Og þessar hreyfingar eru það sem stjórna hverjum fingri vélfærahendanna. “

Vegna þess að spár vélarinnar um fingurhreyfingarnar eru kannski ekki 100 prósent nákvæmar innlimuðu EPFL vísindamenn sjálfvirkni vélfærafræði til að gera gervihöndina kleift og til að byrja sjálfkrafa að loka í kringum hlut þegar fyrstu snertingin hefur verið gerð. Ef notandinn vill losa hlut er það eina sem hann eða hún þarf að gera er að reyna að opna höndina til að slökkva á vélstjórnunarstýringunni og setja notandann aftur í stjórn á hendinni.

Samkvæmt Aude Billard sem stýrir rannsóknarstofu náms í reikniritum og kerfum EPFL, getur vélmennihöndin brugðist við innan 400 millisekúndna. „Hann er búinn þrýstiskynjurum meðfram fingrum, það getur brugðist við og stöðvað hlutinn áður en heilinn getur raunverulega skynjað að hluturinn er að renna,“ sagði Billard.

Með því að beita gervigreind við taugaverkfræði og vélmenni hafa vísindamenn EPFL sýnt fram á nýja nálgun á sameiginlegri stjórnun á milli véla og notanda - framfarir í taugagervitækni.

Höfundarréttur © 2019 Cami Rosso Öll réttindi áskilin.