الهياكل الخارجية مع الطيار الآلي: مستقبل الروبوتات القابلة للارتداء

الأتمتة تجعل الأمور أسهل. كما أنه يجعل الأمور أكثر رعبًا عندما تضع رفاهيتك في أيدي التكنولوجيا التي يتعين عليها إجراء مكالمات لحظية دون استشارتك أولاً، أنت المستخدم. على سبيل المثال، يجب أن تكون السيارة ذاتية القيادة قادرة على اكتشاف ازدحام مروري أو انحراف راكب دراجة والتصرف بشكل مناسب. إذا تمكنت من القيام بذلك بفعالية، فإنها ستغير قواعد اللعبة في مجال النقل. إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد تكون النتائج قاتلة.

في جامعة واترلو بكندا، يعمل الباحثون على حل هذه المشكلة فقط، والتي تنطبق فقط على مجال البدلات الخارجية للروبوتات التي يمكن ارتداؤها. هذه الدعاوى، والتي يمكن أن تتراوح من الأجهزة الصناعية القابلة للارتداء تذكرنا بـ كائنات فضائيةمحمل الطاقة ل البدلات المساعدة للأشخاص ذوي الإعاقة الحركية الناتجة عن التقدم في السن أو الإعاقات الجسدية، تُستخدم بالفعل كأجهزة تعزيز لمساعدة مرتديها. لكنهم كانوا يدويين بالكامل في عملهم. الآن، يريد الباحثون أن يمنحوهم عقلًا خاصًا بهم.

ولتحقيق هذه الغاية، يقوم الباحثون في جامعة واترلو بتطوير الذكاء الاصطناعي. أدوات مثل رؤية الكمبيوتر التي ستسمح للبدلات الخارجية باستشعار البيئة المحيطة بها والتكيف معها الحركات وفقًا لذلك - مثل القدرة على اكتشاف مجموعات السلالم وتسلقها تلقائيًا أو الاستجابة لبيئات المشي المختلفة بشكل حقيقي وقت. إذا نجحوا في ذلك، فسوف يغير ذلك إلى الأبد فائدة هذه الأجهزة المساعدة. لكن القيام بذلك ليس بالأمر السهل.

التحدي الأكبر للهياكل الخارجية الروبوتية

"يُعتبر التحكم عمومًا أحد أكبر التحديات التي تواجه تطوير الهياكل الخارجية الروبوتية لتطبيقات العالم الحقيقي" بروكوسلاف لاشوفسكي، شهادة دكتوراه. وقال مرشح في قسم هندسة تصميم النظم بالجامعة، لـ Digital Trends. "لضمان التشغيل الآمن والقوي، تستخدم الهياكل الخارجية المتوفرة تجاريًا عناصر تحكم يدوية مثل أذرع التحكم أو واجهات الهاتف المحمول لتوصيل النية الحركية للمستخدم. نحن نعمل على تطوير أنظمة تحكم مستقلة للهياكل الخارجية الآلية باستخدام كاميرات يمكن ارتداؤها وكاميرات صناعية الذكاء، [لتخفيف] العبء المعرفي المرتبط بالتحكم البشري وصنع القرار.

كجزء من المشروع، كان على الفريق تطوير نظام تصنيف بيئي مدعوم بالذكاء الاصطناعي، يسمى قاعدة بيانات اكسونت، والتي تدعي أنها أكبر مجموعة بيانات صور مفتوحة المصدر على الإطلاق لبيئات المشي البشرية. تم جمع ذلك من خلال جعل الأشخاص يرتدون كاميرا مثبتة على صدورهم ويتجولون في البيئات المحلية أثناء تسجيل حركتهم، ثم تم استخدامها لتدريب الشبكات العصبية.

وتابع لاشوفسكي: "يستخدم نظام تصنيف البيئة لدينا التعلم العميق". "ومع ذلك، تميل خوارزميات التعلم العميق عالية الأداء إلى أن تكون باهظة الثمن من الناحية الحسابية، وهو ما يمثل مشكلة بالنسبة للهياكل الخارجية الروبوتية ذات موارد التشغيل المحدودة. لذلك، نحن نستخدم شبكات عصبية تلافيفية فعالة مع الحد الأدنى من المتطلبات الحسابية وتخزين الذاكرة لتصنيف البيئة. ويمكن لخوارزميات التعلم العميق هذه أيضًا أن تتعلم تلقائيًا وكفاءة ميزات الصورة المثالية مباشرة من بيانات التدريب، بدلاً من استخدام الميزات المصممة يدويًا كما هو الحال تقليديًا.

جون ماكفيوقال أستاذ هندسة تصميم النظم في جامعة واترلو للاتجاهات الرقمية: "في الأساس، نحن نستبدل أدوات التحكم اليدوية - [مثل] التوقف والبدء ورفع الساق للخطوة - بجهاز آلي. حل. أحد التشبيهات هو مجموعة نقل الحركة الأوتوماتيكية في السيارة، والتي تحل محل ناقل الحركة اليدوي. في الوقت الحاضر، يستخدم معظم الأشخاص السيارات الأوتوماتيكية لأنها أكثر كفاءة، ويمكن للمستخدم التركيز على بيئته أكثر من تشغيل القابض والعصا. وبطريقة مماثلة، فإن وحدة التحكم الآلية عالية المستوى للإكسو ستفتح فرصًا جديدة للمستخدم [في شكل] وعي بيئي أكبر.

وكما هو الحال مع السيارة ذاتية القيادة، لاحظ الباحثون أن المستخدم البشري سيمتلك القدرة على تجاوز نظام التحكم الآلي إذا دعت الحاجة. على الرغم من أن الأمر لا يزال يتطلب القليل من الإيمان، على سبيل المثال، الثقة في أن بدلتك الخارجية سوف تكتشف رحلة جوية عند نزول السلالم قبل النزول إليها، يمكن لمرتديها التحكم في السيناريوهات التي يتواجد فيها ضروري.

لا تزال تستعد لوقت الذروة

في الوقت الحالي، المشروع قيد التقدم. وقال لاشوفسكي: "نحن نركز حاليًا على تحسين نظام تصنيف البيئة المدعوم بالذكاء الاصطناعي، وخاصة تحسين دقة التصنيف والأداء في الوقت الفعلي". "يعد هذا التطوير الهندسي التقني ضروريًا لضمان التشغيل الآمن والقوي للاختبارات السريرية المستقبلية باستخدام الهياكل الخارجية الآلية ذات التحكم الذاتي."

ومع ذلك، إذا سارت الأمور وفقًا للخطة، نأمل ألا يمر وقت طويل حتى يمكن نشر مثل هذه الخوارزميات في البدلات الخارجية المتاحة تجاريًا. لقد أصبحت بالفعل أكثر انتشارًا، وذلك بفضل الشركات المبتكرة مثل Sarcos Robotics، ويتم استخدامها في بيئات متنوعة باستمرار. كما أنها قادرة على تعزيز القدرات البشرية بشكل كبير بما يتجاوز قدرة مرتديها عند عدم ارتداء البدلة.

في بعض النواحي، إنه يذكرنا إلى حد كبير بالمفهوم الأصلي للسايبورغ، وليس مثل بعض الكابوس دارث اندماج Vader أو RoboCop لنصف إنسان ونصف آلة، ولكن كما قال الباحثون مانفريد كلاينز وناثان كلاين كتب في الستينيات، باعتباره "نظامًا تنظيميًا يتم فيه... التعامل مع المشكلات الشبيهة بالروبوتات تلقائيًا، ترك [البشر] أحرارًا في الاستكشاف والإبداع والتفكير والشعور. محرومة من ردود فعلها الخافتة الهبي (هذا كان في الستينيات)، لا تزال الفكرة قائمة: من خلال السماح للروبوتات بشكل مستقل بالعناية بالمشاكل الدنيوية المرتبطة بالتنقل، يمكن للمستخدمين البشريين التركيز على أشياء أكثر أهمية وجاذبية. بعد كل شيء، لا يتعين على معظم الناس أن يفكروا بوعي في التفاصيل الدقيقة لتحريك قدم واحدة أمام الأخرى عند المشي. لماذا يجب على شخص يرتدي بدلة الروبوت الخارجية أن يفعل ذلك؟

وكانت آخر ورقة مخصصة لهذا البحث تم نشره مؤخرًا في مجلة IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

توصيات المحررين

• مستقبل الأتمتة: الروبوتات قادمة، لكنها لن تأخذ وظيفتك
• مثل كلب الإرشاد الذي يمكن ارتداؤه، يساعد هذا الظهر الأشخاص المكفوفين على التنقل
• جيد في ستار كرافت؟ تريد DARPA تدريب الروبوتات العسكرية باستخدام موجات دماغك
• تخطط شركة دلتا إيرلاينز لتزويد الموظفين بهذه الهياكل الخارجية الآلية القوية
• بذلات خارجية للجميع: تعرف على الشركة التي تعمل على جعل الروبوتات القابلة للارتداء سائدة