Экзоскелеты с автопилотом: будущее носимой робототехники

Автоматизация упрощает работу. Это также делает ситуацию еще более пугающей, поскольку вы передаете свое благополучие в руки технологий, которым приходится совершать спонтанные звонки, не посоветовавшись предварительно с вами, пользователем. Например, беспилотный автомобиль должен уметь распознавать пробку или свернувшего велосипедиста и соответствующим образом реагировать. Если он сможет сделать это эффективно, это изменит правила игры в сфере транспорта. Если этого не произойдет, результаты могут быть фатальными.

В Университете Ватерлоо, Канада, исследователи работают именно над этой проблемой – только применительно к области носимых экзокостюмов для роботов. Эти костюмы, которые могут варьироваться от промышленные носимые устройства, напоминающие ИнопланетянеМощный погрузчик к вспомогательные костюмы для людей с ограниченными возможностями передвижения вызванные возрастом или физическими недостатками, уже используются в качестве дополнительных устройств, помогающих своим владельцам. Но они работали полностью вручную. Теперь исследователи хотят дать им собственный разум.

С этой целью исследователи из Университета Ватерлоо разрабатывают искусственный интеллект. такие инструменты, как компьютерное зрение, которые позволят экзокостюмам чувствовать окружающую среду и приспосабливаться к ней. движения соответственно — например, возможность обнаруживать лестничные марши и автоматически подниматься по ним или иным образом реагировать на различные условия ходьбы в реальной жизни. время. Если им это удастся, это навсегда изменит полезность этих вспомогательных устройств. Однако сделать это непросто.

Самая большая проблема для роботизированных экзоскелетов

«Контроль обычно рассматривается как одна из самых больших проблем при разработке роботизированных экзоскелетов для реальных приложений». Брокослав Лащовский, доктор философии Кандидат кафедры системного проектирования университета, рассказал Digital Trends. «Чтобы обеспечить безопасную и надежную работу, коммерчески доступные экзоскелеты используют ручное управление, такое как джойстики или мобильные интерфейсы, для передачи двигательных намерений пользователя. Мы разрабатываем автономные системы управления роботизированными экзоскелетами с использованием носимых камер и искусственных интеллект, [чтобы облегчить] когнитивное бремя, связанное с человеческим контролем и принятием решений».

В рамках проекта команде пришлось разработать систему классификации окружающей среды на базе искусственного интеллекта, названную База данных ЭкзоНет, который, по утверждению компании, является крупнейшим в истории набором изображений с открытым исходным кодом, изображающим среду ходьбы человека. Данные были собраны, когда люди носили закрепленную на груди камеру и ходили по местности, записывая свои движения и передвижение. Затем это использовалось для обучения нейронных сетей.

«Наша система классификации окружающей среды использует глубокое обучение», — продолжил Лашовски. «Однако высокопроизводительные алгоритмы глубокого обучения, как правило, довольно дороги в вычислительном отношении, что проблематично для роботизированных экзоскелетов с ограниченными эксплуатационными ресурсами. Поэтому мы используем эффективные сверточные нейронные сети с минимальными требованиями к вычислительным ресурсам и памяти для классификации окружающей среды. Эти алгоритмы дистанционного обучения также могут автоматически и эффективно изучать оптимальные характеристики изображения непосредственно на основе обучающих данных, а не использовать функции, созданные вручную, как это делается традиционно».

Джон Макфи, профессор системного проектирования в Университете Ватерлоо, рассказал Digital Trends: «По сути, мы заменяем ручное управление — [например] остановку, старт, подъем ноги для шага — на автоматизированное. решение. Одной из аналогий является автоматическая трансмиссия автомобиля, которая заменяет ручное переключение передач. В настоящее время большинство людей ездят на автомате, потому что он более эффективен, и пользователь может больше сосредоточиться на окружающей среде, а не на использовании сцепления и ручки управления. Аналогичным образом, автоматизированный контроллер высокого уровня для экзо откроет новые возможности для пользователя [в виде] большей экологической осведомленности».

Как и в случае с беспилотным автомобилем, исследователи отмечают, что пользователь-человек будет иметь возможность обойти автоматизированную систему управления, если возникнет такая необходимость. Хотя все равно потребуется немного веры, чтобы, например, поверить в то, что ваш экзокостюм заметит полет спускаясь по лестнице, прежде чем спуститься по ней, владелец может взять на себя управление в ситуациях, когда это необходимо. необходимый.

Все еще готовлюсь к прайм-тайму

На данный момент проект находится в стадии разработки. «В настоящее время мы концентрируемся на оптимизации нашей системы классификации окружающей среды на базе искусственного интеллекта, в частности, на повышении точности классификации и производительности в реальном времени», — сказал Лашовски. «Эта инженерно-техническая разработка необходима для обеспечения безопасной и надежной работы будущих клинических испытаний с использованием роботизированных экзоскелетов с автономным управлением».

Однако если все пойдет по плану, то, надеюсь, пройдет не так много времени, прежде чем такие алгоритмы можно будет использовать в коммерчески доступных экзокостюмах. Они уже получают все большее распространение благодаря инновационным компаниям, таким как Sarcos Robotics, и используются во все более разнообразных условиях. Они также способны значительно расширить человеческие возможности сверх того, на что был бы способен владелец без костюма.

В чем-то это очень напоминает первоначальную концепцию киборга, а не какого-то кошмарного Дарта. Вейдер или Робокоп — это смесь получеловека и полумашины, но, как утверждают исследователи Манфред Клайнс и Натан Клайн написал в 1960-е годы, как «организационную систему, в которой… проблемы, подобные роботам, решаются автоматически, оставляя [людям] свободу исследовать, создавать, думать и чувствовать». Лишенный слегка хиппи-атмосферы (этот был В 60-е годы идея все еще актуальна: позволяя роботам самостоятельно решать повседневные проблемы, связанные с навигацией, люди-пользователи могут сосредоточиться на более важных и интересных вещах. В конце концов, большинству людей не нужно сознательно думать о мелочах, связанных с передвижением одной ноги перед другой во время ходьбы. Почему кто-то в экзокостюме робота должен это делать?

Последняя статья, посвященная этому исследованию, была недавно опубликовано в журнале IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics..

Рекомендации редакции

• Будущее автоматизации: роботы приходят, но они не отнимут вашу работу
• Подобно собаке-поводырю, эта спинка помогает слепым людям ориентироваться.
• Хорош в StarCraft? DARPA хочет обучать военных роботов с помощью мозговых волн
• Delta Airlines планирует оснастить сотрудников этими мощными роботизированными экзоскелетами
• Экзокостюмы для всех: познакомьтесь с компанией, которая делает носимых роботов массовыми