Autopiloodiga eksoskeletid: kantava robootika tulevik

Automatiseerimine teeb asja lihtsamaks. Samuti muudab see asjad potentsiaalselt hirmutavamaks, kui panete oma heaolu tehnoloogia kätte, mis peab tegema kiireloomulisi kõnesid ilma teiega, kasutajaga konsulteerimata. Näiteks isejuhtiv auto peab suutma märgata liiklusummikut või põiklevat jalgratturit ja reageerima asjakohaselt. Kui see suudab seda tõhusalt teha, on see transpordi jaoks mängu muutja. Kui see ei õnnestu, võivad tulemused olla saatuslikud.

Kanadas Waterloo ülikoolis tegelevad teadlased just selle probleemiga – seda kasutatakse ainult kantavate robotite eksoülikondade valdkonnas. Need ülikonnad, mis võivad ulatuda meenutavad tööstuslikud kantavad esemed Tulnukad' Võimsuslaadur juurde abistavad ülikonnad liikumispuudega inimestele vanusest või füüsilisest puudest tulenevad, on juba kasutusel suurendamisseadmetena nende kandjate abistamiseks. Kuid nad on oma töös olnud täiesti käsitsi. Nüüd tahavad teadlased anda neile oma mõtte.

Selleks töötavad Waterloo ülikooli uurijad välja A.I. tööriistad, nagu arvutinägemine, mis võimaldavad eksosuitse ümbritsevat tajuda ja kohaneda vastavalt liigutused – näiteks võimalus märgata treppe ja ronida nendele automaatselt või reageerida muul viisil erinevatele kõndimiskeskkondadele. aega. Kui nad peaksid selle ära tõmbama, muudab see nende abiseadmete kasulikkust igaveseks. Selle tegemine pole aga lihtne.

Suurim väljakutse robot-eksoskelettidele

"Juhtimist peetakse üldiselt üheks suurimaks väljakutseks robot-eksoskelettide väljatöötamisel reaalsete rakenduste jaoks," Brokoslaw Laschowski, Ph.D. ülikooli süsteemide disainitehnika osakonna kandidaat, ütles Digital Trends. "Ohutu ja vastupidava töö tagamiseks kasutavad kaubanduslikult saadavad eksoskeletid kasutaja liikumiskavatsuste edastamiseks käsitsi juhtnuppe, nagu juhtkangid või mobiilsed liidesed. Arendame välja autonoomseid juhtimissüsteeme robot-eksoskelettide jaoks, kasutades kantavaid ja tehiskaameraid intelligentsus, [et leevendada] kognitiivset koormust, mis on seotud inimese kontrolli ja otsuste tegemisega.

Projekti osana pidi meeskond välja töötama A.I-põhise keskkonna klassifikatsioonisüsteemi, mida nimetatakse ExoNeti andmebaas, mis väidetavalt on kõigi aegade suurim avatud lähtekoodiga inimeste kõndimiskeskkondade pildiandmekogum. See koguti nii, et inimesed kandsid rinnale paigaldatud kaamerat ja kõndisid oma liikumist ja liikumist salvestades kohalikes keskkondades ringi. Seejärel kasutati seda närvivõrkude treenimiseks.

"Meie keskkonna klassifikatsioonisüsteem kasutab sügavat õppimist, " jätkas Laschowski. "Kuid suure jõudlusega süvaõppe algoritmid kipuvad olema arvutuslikult üsna kallid, mis on piiratud tööressurssidega robot-eksoskeletonide jaoks problemaatiline. Seetõttu kasutame keskkonna klassifitseerimiseks tõhusaid konvolutsiooninärvivõrke minimaalsete arvutus- ja mälusalvestusnõuetega. Need süvaõppe algoritmid saavad ka automaatselt ja tõhusalt õppida optimaalseid pildifunktsioone otse treeningandmetest, selle asemel, et kasutada käsitsi loodud funktsioone, nagu seda traditsiooniliselt tehakse.

John McPhee, Waterloo ülikooli süsteemide disainitehnoloogia professor, rääkis Digital Trendsile: "Põhimõtteliselt asendame käsitsi juhtseadised - [nagu] peatumine, käivitamine, jala tõstmine sammuks - automaatse lahendus. Üheks analoogiaks on autos automaatne jõuülekanne, mis asendab käsitsi käiguvahetust. Tänapäeval sõidab enamik inimesi automaatikaga, sest see on efektiivsem ning kasutaja saab siduri ja hoova juhtimise asemel rohkem keskenduda oma keskkonnale. Sarnaselt avab automaatne kõrgetasemeline kontroller eksole kasutajale (suurema keskkonnateadlikkuse näol).

Nagu isejuhtivate autode puhul, märgivad teadlased, et inimkasutaja saab vajaduse korral automatiseeritud juhtimissüsteemi alistada. Kuigi see nõuab siiski natuke usku, et näiteks usaldada, et teie eksosuit märkab lendu laskudes trepist enne allalaskmist, saab kasutaja enda kätte võtta kontrolli stsenaariumides, kus vajalik.

Valmistub endiselt parimaks ajaks

Praegu on projekt pooleli. "Praegu keskendume oma A.I-põhise keskkonna klassifitseerimissüsteemi optimeerimisele, parandades konkreetselt klassifitseerimise täpsust ja reaalajas jõudlust," ütles Laschowski. "See tehniline inseneriarendus on oluline, et tagada tulevaste kliiniliste katsete ohutu ja vastupidav töö, kasutades autonoomse juhtimisega eksoskelette."

Kui kõik peaks siiski plaanipäraselt minema, ei lähe loodetavasti liiga kaua aega, kuni selliseid algoritme saab kasutusele võtta kaubanduslikult saadaolevates eksoülikondades. Tänu uuenduslikele ettevõtetele, nagu Sarcos Robotics, levivad need juba laialdasemalt ja neid kasutatakse üha mitmekesisemates seadetes. Samuti on need võimelised inimese võimeid oluliselt suurendama, kui on võimeline kandja ülikonda mitte kandma.

Mõnes mõttes meenutab see väga küborgi algset kontseptsiooni, mitte nagu mingi painajalik Darth Vader või RoboCop pooleldi inimese ja pooleldi masina liitmine, kuid nagu teadlased Manfred Clynes ja Nathan Kline kirjutas 1960. aastatel, kui "organisatsioonisüsteem, milles … robotilaadsete probleemide eest [hooletatakse] automaatselt, jättes [inimestele] vabaduse uurida, luua, mõelda ja tunda. Oma nõrgalt hipilisest vibratsioonist maha võetud (see oli 60ndatel), on idee endiselt jõus: lastes robotitel iseseisvalt hoolitseda navigeerimisega seotud igapäevaste probleemide eest, saavad kasutajad keskenduda olulisematele ja kaasahaaravamatele asjadele. Lõppude lõpuks ei pea enamik inimesi kõndides teadlikult mõtlema üksikasjadele, mis tekivad, kui liiguvad üks jalg teise ette. Miks peaks keegi robot-eksosiidis seda tegema?

Viimane sellele uurimistööle pühendatud artikkel oli avaldati hiljuti ajakirjas IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

Toimetajate soovitused

• Automatiseerimise tulevik: Robotid tulevad, kuid nad ei võta teie tööd
• Nagu kantav juhtkoer, aitab see seljatugi pimedatel navigeerida
• Hea StarCraftis? DARPA tahab teie ajulainetega sõjaväeroboteid treenida
• Delta Airlines kavatseb varustada töötajad nende võimsate robot-eksoskelettidega
• Eksoülikonnad kõigile: tutvuge ettevõttega, kes muudab kantavad robotid peavooluks