Швейцарцы научили бионический протез надежно держать предметы

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны разработали прототип системы, позволяющей человеку без руки надежно удерживать предметы с помощью бионического протеза и управлять каждым его пальцем по отдельности. Для этого они разработали обучающийся алгоритм, который помогает человеку управлять протезом. Подробности о работе швейцарских разработчиков опубликованы в Nature Machine Intelligence, а кратко о ней рассказывается в сообщении политехнической школы.

Часть современных бионических протезов работает по принципу считывания миоэлектрических сигналов с поверхности кожи культи. Человек отдает утраченной конечности мысленные приказы совершить какое-либо действие, что вызывает реакцию мышц в культе и возникновение электрических потенциалов, которые регистрируются, интерпретируются и выполняются бионическим протезом. Сложности в управлении подобным протезом заключается в большом количестве «шумов», побочных электрических потенциалов, регистрируемых на поверхности кожи культи, не имеющих отношения к работе мышц при движении.

Алгоритм, разрабатываемый исследователями из Федеральной политехнической школы Лозанны, создан с помощью многослойного перцептрона, нейронной сети, построенной на прохождении сигнала через несколько нейронных слоев. Эту нейронную сеть обучали на нескольких добровольцах: трех людях с ампутированными конечностями и семи — с целыми конечностями. В целом обучение нейросети занимало около 10 минут для каждого из участников.

Многослойный перцептрон обучался распознавать попытку сгибания каждого пальца по отдельности, одновременно указательного и среднего или безымянного и мизинца, сжатие в кулак, хват щепотью и сгибание большого пальца. По итогам обучения сформированный алгоритм управлял роботизированной кистью Allegro Hand, состоящей из большого пальца и трех обычных пальцев. Эту кисть установили на промышленный манипулятор Kuka IIWA 7. Вся эта конструкция имитировала бионический протез правой руки.

Во время экспериментов обнаружились неполадки с третьим пальцем на роборуке и его пришлось полностью отключить. В результате роборука могла оперировать только большим пальцем и двумя обычными. С помощью роборуки добровольцы смогли брать пластиковые бутылки и выполнять с ними различные действия, в том числе и наливать их содержимое в стакан. В алгоритм управления роборукой разработчики включили доработанный алгоритм удержания объектов — в случае, если взятая в роборуку бутылка начинала выскальзывать, кисть увеличивала усилие хвата. Реакция на выскальзывания составляла не более 400 миллисекунд.

Ранее разработчики из Университета Юты объявили о доработке протеза руки LUKE, названного в честь главного героя «Звездных войн» Люка Скайуокера. Они оснастили устройство биологической обратной связью. Теперь обладатель протеза может с помощью электродов, вживленных в периферийные нервы и мышцы, ощущать прикосновения к предметам, вибрации и даже боль. Кроме того, доработка позволяет пользователю точнее управлять протезом.

Василий Сычёв