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
Малайские биологи создали алгоритм, который определяет видовую принадлежность прихлопнутого на человеческой коже комара. Его точность составляет около 80 процентов. Как отмечается в статье для журнала Scientific Data, алгоритм может лечь в основу приложения для смартфона. С его помощью любой желающий не только выяснит, кто его укусил, но и поможет ученым, которые отслеживают популяции комаров, чтобы предотвратить вспышки переносимых ими инфекций.