Exosquelettes avec pilote automatique: l'avenir de la robotique portable

L'automatisation rend les choses plus faciles. Cela rend également les choses potentiellement plus effrayantes lorsque vous confiez votre bien-être à une technologie qui doit passer des appels impulsifs sans vous consulter au préalable, l'utilisateur. Une voiture autonome, par exemple, doit être capable de détecter un embouteillage ou un cycliste qui fait une embardée et de réagir de manière appropriée. S’il parvient à le faire efficacement, cela changera la donne dans le domaine des transports. Si ce n’est pas le cas, les résultats pourraient être fatals.

À l'Université de Waterloo, au Canada, des chercheurs travaillent précisément sur ce problème, appliqué uniquement au domaine des exosuits robotiques portables. Ces combinaisons, qui peuvent aller de des vêtements industriels rappelant Extraterrestres" Chargeur électrique à combinaisons fonctionnelles pour les personnes à mobilité réduite

résultant de l'âge ou d'un handicap physique, sont déjà utilisés comme dispositifs d'augmentation pour aider ceux qui les portent. Mais leur fonctionnement a été entièrement manuel. Désormais, les chercheurs veulent leur donner leur propre idée.

À cette fin, les chercheurs de l’Université de Waterloo développent des outils d’IA. des outils comme la vision par ordinateur qui permettront aux exosuits de détecter leur environnement et de s'ajuster mouvements en conséquence - comme être capable de repérer des volées d'escaliers et de les monter automatiquement ou de réagir autrement à différents environnements de marche en temps réel temps. S’ils y parviennent, cela changera à jamais l’utilité de ces appareils et accessoires fonctionnels. Cependant, ce n’est pas facile.

Le plus grand défi pour les exosquelettes robotiques

"Le contrôle est généralement considéré comme l'un des plus grands défis du développement d'exosquelettes robotiques destinés à des applications réelles." Brokoslaw Laschowski, un doctorat. candidat au département d’ingénierie de conception de systèmes de l’université, a déclaré à Digital Trends. « Pour garantir un fonctionnement sûr et robuste, les exosquelettes disponibles dans le commerce utilisent des commandes manuelles telles que des joysticks ou des interfaces mobiles pour communiquer l’intention locomotrice de l’utilisateur. Nous développons des systèmes de contrôle autonomes pour les exosquelettes robotiques utilisant des caméras portables et des systèmes artificiels. intelligence, [afin d’alléger] le fardeau cognitif associé au contrôle humain et à la prise de décision.

Dans le cadre du projet, l'équipe a dû développer un système de classification de l'environnement alimenté par l'IA, appelé le Base de données ExoNet, qui, selon lui, constitue le plus grand ensemble de données d'images open source jamais réalisé sur des environnements de marche humaine. Ces informations ont été recueillies en demandant aux gens de porter une caméra montée sur leur poitrine et de se promener dans les environnements locaux tout en enregistrant leurs mouvements et leur locomotion. Ils ont ensuite été utilisés pour entraîner des réseaux neuronaux.

"Notre système de classification de l'environnement utilise l'apprentissage profond", a poursuivi Laschowski. « Cependant, les algorithmes d’apprentissage profond hautes performances ont tendance à être assez coûteux en termes de calcul, ce qui pose problème pour les exosquelettes robotiques dotés de ressources d’exploitation limitées. Par conséquent, nous utilisons des réseaux de neurones convolutifs efficaces avec des exigences minimales en matière de calcul et de stockage en mémoire pour la classification de l'environnement. Ces algorithmes de désapprentissage peuvent également apprendre automatiquement et efficacement les caractéristiques optimales de l’image directement à partir des données d’entraînement, plutôt que d’utiliser des fonctionnalités conçues manuellement comme cela se fait traditionnellement.

John McPhee, professeur d'ingénierie de conception de systèmes à l'Université de Waterloo, a déclaré à Digital Trends: « Essentiellement, nous remplaçons les commandes manuelles – [comme] l’arrêt, le démarrage, le levage de la jambe pour marcher – par un système automatisé. solution. Une analogie est un groupe motopropulseur automatique dans une voiture, qui remplace le changement de vitesse manuel. De nos jours, la plupart des gens conduisent des véhicules automatiques parce qu'ils sont plus efficaces et que l'utilisateur peut se concentrer davantage sur son environnement plutôt que d'actionner l'embrayage et le levier. De la même manière, un contrôleur automatisé de haut niveau pour un exo ouvrira de nouvelles opportunités à l’utilisateur [sous la forme d’une] plus grande conscience environnementale. »

Comme pour une voiture autonome, les chercheurs notent que l’utilisateur humain aura la capacité de contourner le système de contrôle automatisé si le besoin s’en fait sentir. Même s'il faudra encore un peu de foi pour, par exemple, être sûr que votre exosuit détectera un vol de en descendant les escaliers avant de les descendre, le porteur peut prendre le contrôle dans des scénarios où il est nécessaire.

Je me prépare toujours pour les heures de grande écoute

À l’heure actuelle, le projet est en cours. "Nous nous concentrons actuellement sur l'optimisation de notre système de classification de l'environnement basé sur l'IA, en améliorant spécifiquement la précision de la classification et les performances en temps réel", a déclaré Laschowski. « Ce développement technique est essentiel pour garantir un fonctionnement sûr et robuste pour les futurs tests cliniques utilisant des exosquelettes robotiques à contrôle autonome. »

Cependant, si tout se passe comme prévu, nous espérons qu’il ne faudra pas trop de temps avant que de tels algorithmes puissent être déployés dans des exosuits disponibles dans le commerce. Ils sont déjà de plus en plus répandus, grâce à des entreprises innovantes comme Sarcos Robotics, et sont utilisés dans des contextes toujours plus variés. Ils sont également capables d’améliorer considérablement les capacités humaines au-delà de ce dont le porteur serait capable s’il ne portait pas la combinaison.

À certains égards, cela rappelle fortement la conception originale du cyborg, pas comme un Dark cauchemardesque. Vader ou RoboCop fusion mi-humain mi-machine, mais, comme les chercheurs Manfred Clynes et Nathan Kline écrit dans les années 1960, comme « un système organisationnel dans lequel… les problèmes de type robot [sont] résolus automatiquement, laissant [les humains] libres d’explorer, de créer, de penser et de ressentir. Dépouillé de ses vibrations légèrement hippies (ce était années 60), l’idée est toujours d’actualité: en laissant les robots s’occuper de manière autonome des problèmes banals associés à la navigation, les utilisateurs humains peuvent se concentrer sur des choses plus importantes et plus engageantes. Après tout, la plupart des gens n’ont pas à réfléchir consciemment aux détails liés au mouvement d’un pied devant l’autre lorsqu’ils marchent. Pourquoi quelqu'un dans un exosuit robot devrait-il le faire ?

Le dernier article consacré à cette recherche a été récemment publié dans la revue IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

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