Люди с ампутированными конечностями часто чувствуют себя оторванными от своих бионических рук. ИИ может преодолеть разрыв: кадры

Исследователи создали протез руки, который с помощью искусственного интеллекта может действовать как естественный.

Ключевым моментом является то, чтобы рука распознавала, когда пользователь хочет что-то сделать, а затем делилась контролем над движениями, необходимыми для выполнения задачи.

По словам ученых, подход, сочетающий искусственный интеллект со специальными датчиками, помог четырем людям, у которых не было руки, имитировать питье из чашки. Маршалл Траутисследователь из Университета Юты и ведущий автор исследования.

По словам Траута, когда датчики и искусственный интеллект помогали, участники могли «очень надежно» взять чашку и сделать вид, что делают глоток. Но без этого общего контроля над бионической рукой, по его словам, они «каждый раз раздавливали или роняли ее».

Успех, описал в журнале Природные коммуникациипримечателен тем, что «способность применять силу захвата — одна из тех вещей, с которыми мы сейчас действительно боремся в протезировании», — говорит Джон Даунидоцент Чикагского университета, не принимавший участия в исследовании.

По его словам, подобные проблемы приводят к тому, что многие люди с ампутированными конечностями разочаровываются в своих бионических руках и перестают ими пользоваться.

Рука помощи

Новейшие бионические руки оснащены моторами, которые позволяют им поворачивать, перемещать отдельные пальцы и манипулировать объектами. Они также могут обнаруживать электрические сигналы, исходящие от мышц, которые используются для управления этими действиями.

Но поскольку бионические руки стали более способными, пользователям стало сложнее ими управлять, говорит Траут.

«Человек должен сидеть и по-настоящему сосредоточиться на том, что он делает», — говорит он, — «что на самом деле не так, как ведет себя неповрежденная рука».

Например, естественной руке требуется очень мало когнитивных усилий для выполнения рутинных задач, таких как дотягивание до предмета или завязывание шнурка. Это потому, что как только человек приводит задачу в действие, большая часть работы выполняется специализированными цепями в мозге и позвоночнике, которые берут на себя управление.

Эти схемы позволяют эффективно и автоматически выполнять многие задачи. Наше сознание вмешивается только в том случае, если, скажем, рвется шнурок или неожиданно перемещается какой-либо предмет.

Итак, Траут и команда учёных решили создать умный протез, который будет больше напоминать собственную руку человека.

«Я просто знаю, где находится моя кофейная чашка, и моя рука естественным образом сжимает ее и касается ее», — говорит он. «Это то, что мы хотели воссоздать с помощью этой системы».

Команда обратилась к искусственному интеллекту, чтобы взять на себя некоторые из этих подсознательных функций. Это означало обнаружение не только сигнала, исходящего от мышцы, но и стоящего за ним намерения.

Например, система управления ИИ научилась обнаруживать малейшее подергивание мышцы, сгибающей руку.

«Именно тогда контроллер машины включается и говорит: «О, я пытаюсь что-то уловить, я не просто сижу на месте», — говорит Траут.

Чтобы этот подход заработал, ученые модифицировали бионическую руку, добавив датчики приближения и давления. Это позволяет системе искусственного интеллекта измерять расстояние до объекта и оценивать его форму.

Между тем, датчики давления на кончиках пальцев сообщают пользователю, насколько крепко его протезная рука удерживает предмет.

Совместное управление

Идея совместного контроля над бионической рукой направлена на реакцию многих людей, когда они используют протез со сверхчеловеческими способностями, говорит он. Джейкоб Джорджпрофессор Университета Юты и директор Лаборатории нейророботики штата Юта.

«Вы можете создать роботизированную руку, которая сможет выполнять задачи лучше, чем пользователь-человек», — говорит он. «Но когда вы действительно даете это кому-то, ему это не нравится».

По его словам, это потому, что устройство кажется им чуждым и вышедшим из-под их контроля.

Джон Дауни говорит, что одна из причин, по которой мы чувствуем связь со своими руками, заключается в том, что они контролируются совместно нашими мыслями и рефлексами в стволе головного мозга и спинном мозге.

Это означает, что мыслящей части нашего мозга не нужно беспокоиться о деталях каждого движения.

«Все наши двигательные функции связаны с подсознательными рефлексами, — говорит Дауни, — поэтому обеспечение роботизированной имитации этих рефлекторных петель будет иметь важное значение».

Джордж говорит, что умная бионическая рука решает эту проблему.

«Машина что-то делает, и человек что-то делает, и мы объединяем эти два действия», — говорит он.

Это важный шаг на пути к созданию протезов конечностей, которые ощущаются как продолжение собственного тела человека.

«В конечном итоге, когда вы создаете воплощенную роботизированную руку, она становится частью опыта пользователя, частью его самого, а не просто инструментом», — говорит Джордж.

По словам Дауни, даже самые продвинутые бионические руки все еще нуждаются в помощи человеческого мозга.

Например, человек может той же естественной рукой аккуратно вдеть иголку, а затем крепко поднять ребенка.

«Динамический диапазон при этом выходит далеко за рамки того, с чем обычно справляются роботы», — говорит Дауни.

Вероятно, ситуация изменится, поскольку бионические конечности станут более универсальными и способными. Что не изменится, говорят ученые, так это желание людей сохранить чувство контроля над своими искусственными придатками.