Exoskeletons with Autopilot: The Future of Wearable Robotics

Automaatio helpottaa asioita. Se tekee asioista myös mahdollisesti pelottavampia, kun asetat hyvinvointisi teknologian käsiin, jonka on soitettava hetken mielijohteesta kuulematta ensin sinua, käyttäjää. Esimerkiksi itse ajavan auton on kyettävä havaitsemaan ruuhka tai pyörähtänyt pyöräilijä ja reagoida asianmukaisesti. Jos se pystyy tekemään tämän tehokkaasti, se muuttaa liikenteen pelin. Jos se ei onnistu, tulokset voivat olla kohtalokkaita.

Waterloon yliopistossa Kanadassa tutkijat työskentelevät juuri tämän ongelman parissa – vain puettavien robottipukujen alalla. Nämä puvut, jotka voivat vaihdella muistuttavat teolliset puettavat vaatteet Alienit' Power Loader to apupuvut liikuntarajoitteisille henkilöille iästä tai fyysisistä vammoista johtuvia, ovat jo käytössä lisälaitteina käyttäjiensä auttamiseksi. Mutta ne ovat toimineet täysin manuaalisesti. Nyt tutkijat haluavat antaa heille oman mielen.

Tätä tarkoitusta varten Waterloon yliopiston tutkijat kehittävät A.I. työkaluja, kuten tietokonenäkö, joiden avulla eksopuvut voivat aistia ympäristönsä ja mukautua vastaavat liikkeet - kuten portaiden havaitseminen ja portaiden kiipeäminen automaattisesti tai muuten reagointi erilaisiin kävelyympäristöihin todellisuudessa aika. Jos he saavat sen pois, se muuttaa ikuisesti näiden apulaitteiden hyödyllisyyttä. Sen tekeminen ei kuitenkaan ole helppoa.

Robotti-exoskeletonin suurin haaste

"Ohjausta pidetään yleisesti yhtenä suurimmista haasteista robottien eksoskeletonin kehittämisessä tosielämän sovelluksiin", Brokoslaw Laschowski, tohtori kandidaatti yliopiston järjestelmäsuunnittelun osastolle, kertoi Digital Trendsille. "Turvallisen ja kestävän toiminnan varmistamiseksi kaupallisesti saatavilla olevat eksoskeletonit käyttävät manuaalisia ohjaimia, kuten ohjaussauvoja tai mobiililiitäntöjä, viestiäkseen käyttäjän liikkumistarkoituksesta. Kehitämme autonomisia ohjausjärjestelmiä robotti-exoskeletoneille käyttämällä puettavia kameroita ja keinotekoisia älykkyyttä, [jotta kevennetään] ihmisen kontrolliin ja päätöksentekoon liittyvää kognitiivista taakkaa."

Osana projektia tiimin piti kehittää A.I.-käyttöinen ympäristöluokitusjärjestelmä, nimeltään the ExoNet tietokanta, jonka se väittää olevan kaikkien aikojen suurin avoimen lähdekoodin kuvaaineisto ihmisten kävelyympäristöistä. Tämä kerättiin siten, että ihmiset pitivät kiinnitettyä kameraa rintaan ja kävelivät paikallisissa ympäristöissä samalla kun ne tallensivat liikettä ja liikkumista. Sitä käytettiin sitten neuroverkkojen kouluttamiseen.

"Ympäristöluokitusjärjestelmämme käyttää syvää oppimista", Laschowski jatkoi. "Suorituskykyiset syväoppimisalgoritmit ovat kuitenkin yleensä laskennallisesti melko kalliita, mikä on ongelmallista robottien eksoskeletoneille, joilla on rajalliset toimintaresurssit. Siksi käytämme ympäristöluokituksessa tehokkaita konvoluutiohermoverkkoja, joilla on minimaaliset laskennalliset ja muistin tallennusvaatimukset. Nämä syväoppimisalgoritmit voivat myös automaattisesti ja tehokkaasti oppia optimaaliset kuvaominaisuudet suoraan harjoitustiedoista sen sijaan, että käytettäisiin käsin suunniteltuja ominaisuuksia, kuten perinteisesti tehdään.

John McPhee, Systems Design Engineeringin professori Waterloon yliopistosta, kertoi Digital Trendsille: "Olemme korvaamassa manuaaliset ohjaimet - [kuten] pysäytys, käynnistys, askeleen nostaminen - automaattisilla ohjaimilla ratkaisu. Yksi analogia on automaattinen voimansiirto autossa, joka korvaa manuaalisen vaihtamisen. Nykyään useimmat ihmiset ajavat automaattia, koska se on tehokkaampaa ja käyttäjä voi keskittyä enemmän ympäristöönsä kytkimen ja sauvan käyttämisen sijaan. Samalla tavalla automatisoitu korkean tason ohjain exolle avaa käyttäjälle uusia mahdollisuuksia [suuremman ympäristötietoisuuden muodossa].

Kuten itseohjautuvassa autossa, tutkijat huomauttavat, että ihmiskäyttäjällä on kyky ohittaa automaattinen ohjausjärjestelmä tarvittaessa. Vaikka se vaatii silti hieman uskoa esimerkiksi luottamaan siihen, että eksopukusi huomaa lennon laskeutumalla portaista ennen laskeutumista alas, käyttäjä voi ottaa hallinnan tilanteissa, joissa se on tarpeellista.

Vielä valmistaudutaan parhaaseen katseluaikaan

Tällä hetkellä projekti on työn alla. "Keskitymme tällä hetkellä A.I.-käyttöisen ympäristöluokitusjärjestelmämme optimointiin, erityisesti parantamaan luokituksen tarkkuutta ja reaaliaikaista suorituskykyä", Laschowski sanoi. "Tämä tekninen kehitys on välttämätöntä turvallisen ja vankan toiminnan varmistamiseksi tulevissa kliinisissä testeissä, joissa käytetään robotti-eksoskeletoneja autonomisella ohjauksella."

Kaiken pitäisi kuitenkin mennä suunnitelmien mukaan, toivottavasti ei kestä liian kauan, ennen kuin tällaisia ​​algoritmeja voidaan ottaa käyttöön kaupallisesti saatavilla olevissa eksopuvuissa. Ne ovat jo yleistymässä innovatiivisten yritysten, kuten Sarcos Roboticsin, ansiosta, ja niitä käytetään yhä monipuolisemmissa olosuhteissa. Ne pystyvät myös parantamaan huomattavasti ihmisen kykyjä yli sen, mihin käyttäjä pystyy ilman pukua.

Jollain tapaa se muistuttaa suuresti kyborgin alkuperäistä käsitystä, ei painajaismaista Darthia Vader tai RoboCop yhdistävät puoliksi ihmisen ja puoliksi koneen, mutta kuten tutkijat Manfred Clynes ja Nathan Kline kirjoitti 1960-luvulla, "organisaatiojärjestelmänä, jossa... robottimaiset ongelmat [otetaan] hoidettua automaattisesti, jättäen [ihmisille] vapauden tutkia, luoda, ajatella ja tuntea." Sen heikosti hippinen fiilis irti (Tämä oli 60-luvulla), ajatus on edelleen voimassa: Antamalla robottien hoitaa itsenäisesti navigointiin liittyvät arkipäiväiset ongelmat, käyttäjät voivat keskittyä tärkeämpiin, kiinnostavampiin asioihin. Loppujen lopuksi useimpien ihmisten ei tarvitse tietoisesti ajatella niitä yksityiskohtia, jotka liittyvät jalkaa toisen eteen liikkumiseen kävellessään. Miksi robotti-exopukussa olevan ihmisen pitäisi tehdä niin?

Viimeisin tälle tutkimukselle omistettu paperi oli julkaistu äskettäin IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics -lehdessä.

Toimittajien suositukset

• Automaation tulevaisuus: Robotteja tulee, mutta ne eivät vie työtäsi
• Kuten puettava opaskoira, tämä selkäranka auttaa sokeita navigoimaan
• Oletko hyvä StarCraftissa? DARPA haluaa kouluttaa armeijarobotteja aivoaaltoineen
• Delta Airlines aikoo varustaa työntekijät näillä tehokkailla robotti-exoskeletoneilla
• Eksopukuja kaikille: Tapaa puettavia robotteja valmistava yritys