Primul braț robotizat funcționează fără implant cerebral
Primele experimente ale oamenilor de știință, folosind o interfață noninvazivă, de înaltă fidelitate pentru a controla un braț robotizat, au avut succes. În viitor, cercetătorii își propun să perfecționeze tehnologia pentru a o face mai disponibilă.
Brațele robotice și alte instrumente robotice pot suna ca o dezvoltare futuristă, dar există de ani de zile, ajutând chirurgii și inginerii deopotrivă.
Mai puțin frecvente, totuși, sunt brațele protetice, robotizate, care permit persoanelor care au pierdut un membru să recâștige libertatea de mișcare.
Un bărbat din Florida a apărut pe primul loc în 2018 după ce a primit un membru protetic modular - un braț robotizat pentru a înlocui brațul pe care l-a pierdut în 2007 din cauza cancerului.
Omul își poate controla brațul robotizat datorită unei „redirecționări” a anumitor terminații nervoase, dar până acum această proteză - dezvoltată de oamenii de știință de la Universitatea Johns Hopkins din Baltimore, MD - nu este disponibilă pentru alte persoane care ar putea avea nevoie de ea.
Un alt proiect - de la Universitatea Chicago din Illinois - a testat prototipul brațelor protetice pe maimuțele macașe rhesus. Animalele sunt salvări cu amputări ale membrelor datorate rănilor grave și pot controla membrele protetice datorită implanturilor cerebrale speciale.
Acum, cercetătorii de la Universitatea Carnegie Mellon din Pittsburgh, PA și de la Universitatea din Minnesota din Minneapolis au reușit, pentru prima dată, să utilizeze o interfață neinvazivă creier-computer pentru a controla un braț robotizat. Oamenii de știință își raportează succesul într-o lucrare de studiu care apare în jurnal Știință robotică.
Tehnologie foarte îmbunătățită
Prof. Bin He, de la Carnegie Mellon, conduce echipa de cercetare care a folosit o interfață care nu necesită un implant cerebral - care este o procedură invazivă - pentru a coordona mișcările unui braț robotizat.
Prof. El și colegii doresc să dezvolte o metodă de înaltă fidelitate, neinvazivă, de conectare a creierului și proteze flexibile, deoarece inserarea implanturilor cerebrale nu necesită doar abilități și precizie chirurgicale ridicate, ci și mulți bani, deoarece implanturile sunt costisitoare. Mai mult, implanturile cerebrale prezintă o serie de riscuri pentru sănătate, inclusiv infecții.
Toate aceste aspecte au contribuit la numărul scăzut de persoane care primesc proteze robotizate, așa că oamenii de știință de la Carnegie Mellon și Universitatea din Minnesota au căutat să întoarcă mesele dezvoltând o tehnologie neinvazivă.
Cu toate acestea, există multe provocări în a face acest lucru, în special faptul că interfețele anterioare creier-computer nu sunt capabile să decodeze în mod fiabil semnalele neuronale din creier și, prin urmare, nu pot controla membrele robotizate fără probleme, în timp real.
„Au existat progrese majore în ceea ce privește dispozitivele robotizate controlate prin minte care utilizează implanturi cerebrale. Este o știință excelentă ", notează Prof. He, comentând pașii anteriori către găsirea unei tehnologii" de încredere ".
„Dar neinvazivul este scopul final. Progresele în decodarea neuronală și utilitatea practică a controlului neinvaziv al brațului robotizat vor avea implicații majore asupra dezvoltării eventuale a neuroroboticilor neinvazivi ”, adaugă el.
În proiectul lor actual, Prof. El și echipa au folosit tehnici specializate de detectare și învățare automată pentru a „construi” o „conexiune” fiabilă între creier și un braț robotizat.
Interfața neinvazivă a creierului-computer a echipei a decodat cu succes semnalele neuronale, permițând unei persoane, pentru prima dată, să controleze un braț robotizat în timp real, instruindu-i să urmeze continuu și fără probleme mișcările unui cursor pe un ecran.
Prof. El și colegii săi au arătat că abordarea lor - care a inclus o cantitate mai mare de instruire a utilizatorilor, precum și o metodă îmbunătățită de „traducere” a semnalului neuronal - a îmbunătățit învățarea interfeței creier-computer cu aproximativ 60%. De asemenea, a îmbunătățit urmărirea continuă a cursorului de către brațul robot cu peste 500%.
Până în prezent, cercetătorii și-au testat tehnologia inovatoare cu colaborarea a 68 de participanți apți, care au participat la maximum 10 sesiuni fiecare. Succesul acestor studii preliminare le-a dat oamenilor de știință speranța că în cele din urmă vor putea aduce această tehnologie persoanelor care au nevoie de ea.
„În ciuda provocărilor tehnice care utilizează semnale neinvazive, ne angajăm pe deplin să aducem această tehnologie sigură și economică oamenilor care pot beneficia de aceasta”, spune prof. He.
„Această lucrare reprezintă un pas important în interfețele neinvazive creier-computer, o tehnologie care, într-o zi, poate deveni o tehnologie de asistare omniprezentă care ajută pe toată lumea, cum ar fi smartphone-urile.”
Prof. Bin He
