Eksoskeleti z avtopilotom: Prihodnost nosljive robotike

Avtomatizacija olajša stvari. Zaradi tega so stvari potencialno še bolj grozljive, saj svoje dobro počutje prepustite tehnologiji, ki mora klicati v trenutku, ne da bi se prej posvetovala z vami, uporabnikom. Samovozeči avtomobil mora biti na primer sposoben opaziti prometni zastoj ali zavijajočega kolesarja in se ustrezno odzvati. Če lahko to počne učinkovito, je to sprememba na področju prevoza. Če ne zmore, so lahko rezultati usodni.

Na Univerzi Waterloo v Kanadi se raziskovalci ukvarjajo prav s tem problemom - samo na področju nosljivih robotskih ekso oblek. Te obleke, ki se lahko gibljejo od industrijskih nosljivih, ki spominjajo na Nezemljani' Power Loader do pomožne obleke za posameznike z motnjami gibanja ki so posledica starosti ali telesnih okvar, se že uporabljajo kot pripomočki za povečanje v pomoč uporabnikom. Toda njihovo delovanje je bilo popolnoma ročno. Zdaj jim raziskovalci želijo dati svoj um.

V ta namen raziskovalci Univerze Waterloo razvijajo AI. orodja, kot je računalniški vid, ki bodo ekso oblekam omogočili zaznavanje okolice in prilagajanje gibanja v skladu s tem – kot je sposobnost zaznavanja stopnic in samodejnega vzpenjanja po njih ali kako drugače odzivanja na različna okolja hoje v resničnem čas. Če bodo to izvedli, bo to za vedno spremenilo uporabnost teh pripomočkov. Vendar to ni enostavno.

Največji izziv za robotske eksoskelete

"Nadzor na splošno velja za enega največjih izzivov pri razvoju robotskih eksoskeletov za aplikacije v resničnem svetu," Brokoslav Laschowski, doktorat znanosti kandidat na oddelku za inženiring sistemov na univerzi, je povedal za Digital Trends. »Da bi zagotovili varno in robustno delovanje, komercialno dostopni eksoskeleti uporabljajo ročne kontrole, kot so igralne palice ali mobilni vmesniki za sporočanje uporabnikove lokomotorne namere. Razvijamo avtonomne nadzorne sisteme za robotske eksoskelete z uporabo nosljivih kamer in umetnih inteligenco, [da bi ublažili] kognitivno breme, povezano s človeškim nadzorom in odločanjem.«

V okviru projekta je morala ekipa razviti sistem klasifikacije okolja, ki ga poganja AI, imenovan Baza podatkov ExoNet, za katerega trdi, da je doslej največji odprtokodni nabor slikovnih podatkov o okoljih za hojo ljudi. To so zbrali tako, da so ljudje nosili nameščeno kamero na prsih in hodili po lokalnem okolju, medtem ko so snemali svoje gibanje in gibanje. Nato so ga uporabili za urjenje nevronskih mrež.

»Naš sistem klasifikacije okolja uporablja globoko učenje,« je nadaljeval Laschowski. »Vendar pa so visoko zmogljivi algoritmi globokega učenja precej računsko dragi, kar je problematično za robotske eksoskelete z omejenimi operativnimi viri. Zato za klasifikacijo okolja uporabljamo učinkovite konvolucijske nevronske mreže z minimalnimi zahtevami glede računalništva in pomnilnika. Ti algoritmi poglobljenega učenja se lahko tudi samodejno in učinkovito naučijo optimalnih funkcij slike neposredno iz podatkov o usposabljanju, namesto da bi uporabljali ročno izdelane funkcije, kot se običajno izvaja.«

John McPhee, profesor inženiringa sistemskega oblikovanja na Univerzi Waterloo, je za Digital Trends povedal: »V bistvu nadomeščamo ročne kontrole – [kot je] ustavitev, start, dvig noge za korakom – z avtomatiziranimi rešitev. Ena od analogij je samodejni pogonski sklop v avtomobilu, ki nadomešča ročno prestavljanje. Dandanes večina ljudi vozi avtomatike, ker so bolj učinkoviti, uporabnik pa se lahko bolj osredotoči na svoje okolje, ne pa na upravljanje sklopke in ročice. Na podoben način bo avtomatiziran krmilnik na visoki ravni za exo uporabniku odprl nove priložnosti [v obliki] večje okoljske ozaveščenosti.«

Tako kot pri samovozečem avtomobilu raziskovalci ugotavljajo, da bo človeški uporabnik imel možnost preglasiti avtomatiziran nadzorni sistem, če se bo pojavila potreba. Čeprav bo še vedno potrebno malo vere, da na primer zaupate, da bo vaša ekso obleka opazila let pri spuščanju po stopnicah, preden se spusti po njih, lahko nosilec prevzame nadzor v scenarijih, kjer je potrebno.

Še vedno se pripravljam na udarni čas

Trenutno je projekt v teku. »Trenutno se osredotočamo na optimizacijo našega okoljskega klasifikacijskega sistema, ki ga poganja AI, zlasti na izboljšanje natančnosti klasifikacije in učinkovitosti v realnem času,« je dejal Laschowski. "Ta razvoj tehničnega inženiringa je bistvenega pomena za zagotavljanje varnega in robustnega delovanja za prihodnje klinično testiranje z uporabo robotskih eksoskeletov z avtonomnim nadzorom."

Če pa bi šlo vse po načrtih, upajmo, da ne bo minilo predolgo, dokler se takšni algoritmi ne bodo lahko uporabili v komercialno dostopnih eksooblekah. Po zaslugi inovativnih podjetij, kot je Sarcos Robotics, že postajajo vse bolj razširjeni in se uporabljajo v vedno bolj raznolikih okoljih. Prav tako so sposobni močno povečati človeške sposobnosti, ki presegajo tiste, česar bi bil sposoben uporabnik, ko ne bi nosil obleke.

Na nek način zelo spominja na prvotno zasnovo kiborga, ne kot na nekega Dartha iz nočne more Vader ali RoboCop združitev pol človeka in pol stroja, vendar kot sta raziskovalca Manfred Clynes in Nathan Kline pisal v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, kot »organizacijski sistem, v katerem... robotom podobne težave [so] samodejno poskrbljene, pušča [ljudem] svobodo pri raziskovanju, ustvarjanju, razmišljanju in občutku.« Brez svojih rahlo hipijevskih vzdušij (to je bil 60. let prejšnjega stoletja), ideja še vedno velja: če dovolite robotom, da samostojno poskrbijo za vsakodnevne težave, povezane z navigacijo, se lahko človeški uporabniki osredotočijo na pomembnejše in privlačnejše stvari. Navsezadnje večini ljudi ni treba zavestno razmišljati o podrobnostih premikanja ene noge pred drugo, ko hodijo. Zakaj bi moral nekdo v robotski ekso obleki to storiti?

Zadnji članek, posvečen tej raziskavi, je bil nedavno objavljeno v reviji IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

Priporočila urednikov

• Prihodnost avtomatizacije: Roboti prihajajo, vendar ne bodo vzeli vašega dela
• Tako kot nosljiv pes vodnik tudi ta hrbtni del pomaga slepim pri navigaciji
• Ste dobri v StarCraftu? DARPA želi usposobiti vojaške robote z vašimi možganskimi valovi
• Delta Airlines namerava zaposlene opremiti s temi zmogljivimi robotskimi eksoskeleti
• Exosuits za vsakogar: Spoznajte podjetje, ki uvaja nosljive robote v mainstream