Exoskeletony s autopilotom: Budúcnosť nositeľnej robotiky

Automatizácia veci uľahčuje. To tiež robí veci potenciálne strašidelnejšími, keď vložíte svoje blaho do rúk technológie, ktorá musí okamžite volať bez toho, aby ste sa najprv poradili s vami, používateľmi. Napríklad samoriadiace auto musí byť schopné rozpoznať dopravnú zápchu alebo odbočujúceho cyklistu a primerane reagovať. Ak to dokáže efektívne, zmení to hru na dopravu. Ak sa to nepodarí, výsledky môžu byť fatálne.

Na University of Waterloo v Kanade výskumníci pracujú práve na tomto probléme – aplikovanom len na oblasť nositeľných robotických oblekov. Tieto obleky, ktoré sa môžu pohybovať od priemyselné nositeľné predmety pripomínajúce Mimozemšťania“Power Loader do asistenčné obleky pre jednotlivcov s poruchami pohybu spôsobené vekom alebo telesným postihnutím sa už používajú ako augmentačné zariadenia na pomoc svojim nositeľom. Ale boli úplne manuálne vo svojej prevádzke. Teraz im chcú výskumníci dať vlastný rozum.

Za týmto účelom vyšetrovatelia University of Waterloo vyvíjajú A.I. nástroje ako počítačové videnie, ktoré umožnia exosuitom vnímať svoje okolie a prispôsobiť sa pohyby podľa toho – ako napríklad schopnosť rozpoznať schody a automaticky po nich vyliezť alebo inak reagovať na rôzne prostredia pri chôdzi v skutočnosti čas. Ak to vytiahnu, navždy to zmení užitočnosť týchto pomocných zariadení. Urobiť to však nie je ľahké.

Najväčšia výzva pre robotické exoskelety

„Kontrola sa vo všeobecnosti považuje za jednu z najväčších výziev pri vývoji robotických exoskeletov pre aplikácie v reálnom svete,“ Brokoslaw Laschowski, PhD. kandidát na univerzitné oddelenie System Design Engineering, povedal pre Digital Trends. „Na zaistenie bezpečnej a robustnej prevádzky používajú komerčne dostupné exoskelety manuálne ovládacie prvky, ako sú joysticky alebo mobilné rozhrania, na komunikáciu lokomotorického zámeru používateľa. Vyvíjame autonómne riadiace systémy pre robotické exoskelety pomocou nositeľných kamier a umelých kamier inteligenciu, [aby sa zmiernila] kognitívna záťaž spojená s ľudskou kontrolou a rozhodovaním.“

V rámci projektu musel tím vyvinúť klasifikačný systém prostredia založený na A.I., nazvaný Databáza ExoNet, o ktorej tvrdí, že je to doteraz najväčší súbor obrazových údajov s otvoreným zdrojovým kódom prostredia ľudskej chôdze. Toto bolo zhromaždené tým, že ľudia nosili na hrudi namontovanú kameru a chodili po miestnom prostredí, pričom zaznamenávali svoj pohyb a pohyb. Potom sa to použilo na trénovanie neurónových sietí.

„Náš systém klasifikácie prostredia využíva hlboké učenie,“ pokračoval Laschowski. „Vysokovýkonné algoritmy hlbokého učenia však bývajú dosť výpočtovo drahé, čo je problematické pre robotické exoskelety s obmedzenými prevádzkovými zdrojmi. Preto na klasifikáciu prostredia používame efektívne konvolučné neurónové siete s minimálnymi požiadavkami na výpočtové a pamäťové úložisko. Tieto dee-learningové algoritmy sa tiež môžu automaticky a efektívne naučiť optimálne obrazové funkcie priamo z tréningových dát, namiesto toho, aby používali ručne vytvorené funkcie, ako sa to tradične robí.

John McPhee, profesor Systems Design Engineering na University of Waterloo, povedal pre Digital Trends: „V podstate nahrádzame manuálne ovládacie prvky – [ako] zastavenie, spustenie, zdvihnutie nohy za krok – za automatizované Riešenie. Jednou z analógií je automatická hnacia sústava v aute, ktorá nahrádza manuálne radenie. V súčasnosti väčšina ľudí jazdí na automate, pretože je efektívnejšia a používateľ sa môže viac sústrediť na svoje prostredie, než ovládať spojku a páku. Podobným spôsobom automatický vysokoúrovňový ovládač pre exo otvorí nové príležitosti pre používateľa [v podobe] väčšieho povedomia o životnom prostredí.“

Rovnako ako v prípade auta s vlastným pohonom, výskumníci poznamenávajú, že ľudský používateľ bude mať schopnosť prepísať automatizovaný riadiaci systém, ak to bude potrebné. Aj keď to bude stále vyžadovať trochu viery, napríklad veriť, že váš vonkajší oblek zaznamená let po zostupe po schodoch pred spustením dolu, môže nositeľ prevziať kontrolu v situáciách, kde sa nachádza nevyhnutné.

Stále sa pripravuje na hlavný vysielací čas

Momentálne sa na projekte pracuje. „Momentálne sa zameriavame na optimalizáciu nášho systému klasifikácie prostredia poháňaného AI, konkrétne na zlepšenie presnosti klasifikácie a výkonu v reálnom čase,“ povedal Laschowski. "Tento technický vývoj je nevyhnutný na zabezpečenie bezpečnej a robustnej prevádzky pre budúce klinické testovanie pomocou robotických exoskeletov s autonómnym riadením."

Ak by však malo ísť všetko podľa plánu, dúfajme, že to nebude trvať príliš dlho, kým sa takéto algoritmy budú dať nasadiť v komerčne dostupných exosuitoch. Vďaka inovatívnym spoločnostiam ako Sarcos Robotics sa už stávajú čoraz rozšírenejšími a používajú sa v čoraz rozmanitejších prostrediach. Sú tiež schopné výrazne zlepšiť ľudské schopnosti nad rámec toho, čoho by bol schopný ich nositeľ, keď by oblek nemal na sebe.

V niektorých ohľadoch veľmi pripomína pôvodnú koncepciu kyborga, nie ako nejakého Dartha z nočnej mory. Vader alebo RoboCop zlúčenie napoly človeka a napoly stroja, ale výskumníci Manfred Clynes a Nathan Kline napísal v 60. rokoch 20. storočia, ako „organizačný systém, v ktorom... problémy podobné robotom [sa] riešia automaticky, ponechávajúc [ľuďom] slobodu skúmať, tvoriť, myslieť a cítiť.“ Zbavené jeho jemne hippie vibrácií (toto bol 60-tych rokoch), myšlienka stále platí: Tým, že necháme roboty, aby sa autonómne starali o svetské problémy spojené s navigáciou, ľudskí používatelia sa môžu sústrediť na dôležitejšie a zaujímavejšie veci. Koniec koncov, väčšina ľudí nemusí pri chôdzi vedome premýšľať o drobnostiach pohybu jednej nohy pred druhou. Prečo by to mal robiť niekto v robotickom obleku?

Najnovší príspevok venovaný tomuto výskumu bol nedávno publikované v časopise IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

Odporúčania redaktorov

• Budúcnosť automatizácie: Roboty prichádzajú, ale nezoberú vám prácu
• Rovnako ako nositeľný vodiaci pes, tento chrbát pomáha nevidiacim pri navigácii
• Dobrý v StarCrafte? DARPA chce trénovať vojenských robotov pomocou vašich mozgových vĺn
• Delta Airlines plánuje vybaviť zamestnancov týmito výkonnými robotickými exoskeletonmi
• Exosuits pre každého: Zoznámte sa so spoločnosťou, ktorá robí nositeľné roboty mainstreamom