โครงกระดูกภายนอกพร้อมระบบอัตโนมัติ: อนาคตของหุ่นยนต์สวมใส่ได้

ระบบอัตโนมัติทำให้สิ่งต่างๆ ง่ายขึ้น นอกจากนี้ยังทำให้สิ่งต่าง ๆ น่ากลัวยิ่งขึ้นเมื่อคุณมอบความเป็นอยู่ที่ดีของคุณให้กับเทคโนโลยีที่ต้องโทรออกทันทีโดยไม่ต้องปรึกษาคุณก่อนซึ่งเป็นผู้ใช้ ตัวอย่างเช่น รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง จะต้องสามารถตรวจพบรถติดหรือนักปั่นจักรยานที่หักเลี้ยวได้ และตอบสนองได้อย่างเหมาะสม หากสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิผล ก็จะเป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับการขนส่ง หากไม่สามารถทำได้ผลลัพธ์อาจถึงแก่ชีวิตได้

ที่มหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา นักวิจัยกำลังแก้ไขปัญหานี้ โดยนำไปใช้กับชุด exosuit ของหุ่นยนต์ที่สวมใส่ได้เท่านั้น ซึ่งชุดเหล่านี้ก็มีตั้งแต่ อุปกรณ์สวมใส่ทางอุตสาหกรรมที่ชวนให้นึกถึง เอเลี่ยน' พาวเวอร์โหลดเดอร์ ถึง ชุดช่วยเหลือสำหรับบุคคลที่มีความบกพร่องด้านการเคลื่อนไหว อันเนื่องมาจากอายุหรือความพิการทางร่างกายได้ถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์เสริมเพื่อช่วยเหลือผู้สวมใส่แล้ว แต่พวกเขาดำเนินการด้วยตนเองทั้งหมด ตอนนี้นักวิจัยต้องการให้พวกเขามีความคิดของตนเอง

ด้วยเหตุนี้ เจ้าหน้าที่สืบสวนของมหาวิทยาลัย Waterloo จึงกำลังพัฒนา A.I. เครื่องมืออย่างคอมพิวเตอร์วิทัศน์ที่จะช่วยให้ชุดนอกสัมผัสและปรับตัวได้ การเคลื่อนไหวตามนั้น เช่น สามารถมองเห็นขั้นบันไดแล้วปีนขึ้นไปโดยอัตโนมัติ หรือตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมการเดินที่แตกต่างกันได้จริง เวลา. หากพวกเขาดึงมันออกไป มันจะเปลี่ยนประโยชน์ของอุปกรณ์ช่วยเหลือเหล่านี้ไปตลอดกาล อย่างไรก็ตามการทำเช่นนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย

ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสำหรับหุ่นยนต์โครงกระดูกภายนอก

“การควบคุมโดยทั่วไปถือได้ว่าเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในการพัฒนาโครงกระดูกภายนอกของหุ่นยนต์สำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง” โบรคอสลาฟ ลาชอฟสกี้, ปริญญาเอก ผู้สมัครในแผนกวิศวกรรมการออกแบบระบบของมหาวิทยาลัยบอกกับ Digital Trends “เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและแข็งแกร่ง โครงกระดูกภายนอกที่มีจำหน่ายในท้องตลาดจะใช้การควบคุมแบบแมนนวล เช่น จอยสติ๊กหรืออินเทอร์เฟซแบบเคลื่อนที่เพื่อสื่อสารเจตนาของหัวรถจักรของผู้ใช้ เรากำลังพัฒนาระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับโครงกระดูกภายนอกของหุ่นยนต์โดยใช้กล้องที่สวมใส่ได้และกล้องประดิษฐ์ ความฉลาด [เพื่อบรรเทา] ภาระการรับรู้ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมและการตัดสินใจของมนุษย์”

ในส่วนหนึ่งของโครงการ ทีมงานต้องพัฒนาระบบการจำแนกสภาพแวดล้อมที่ขับเคลื่อนด้วย A.I. ที่เรียกว่า ฐานข้อมูลเอ็กโซเน็ตซึ่งอ้างว่าเป็นชุดข้อมูลภาพโอเพ่นซอร์สที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาของสภาพแวดล้อมการเดินของมนุษย์ สิ่งนี้รวบรวมโดยการให้ผู้คนสวมกล้องติดไว้ที่หน้าอกและเดินไปรอบ ๆ สภาพแวดล้อมในท้องถิ่นพร้อมบันทึกการเคลื่อนไหวและการเคลื่อนไหวของพวกเขา จากนั้นจึงนำไปใช้ในการฝึกโครงข่ายประสาทเทียม

“ระบบการจำแนกสภาพแวดล้อมของเราใช้การเรียนรู้เชิงลึก” Laschowski กล่าวต่อ “อย่างไรก็ตาม อัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึกที่มีประสิทธิภาพสูงมีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงในการคำนวณ ซึ่งเป็นปัญหาสำหรับโครงร่างหุ่นยนต์ที่มีทรัพยากรปฏิบัติการจำกัด ดังนั้นเราจึงใช้โครงข่ายประสาทเทียมที่มีประสิทธิภาพพร้อมข้อกำหนดด้านการคำนวณและหน่วยความจำขั้นต่ำสำหรับการจำแนกสภาพแวดล้อม อัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึกเหล่านี้ยังสามารถเรียนรู้คุณสมบัติภาพที่เหมาะสมที่สุดได้โดยอัตโนมัติและมีประสิทธิภาพโดยตรงจากข้อมูลการฝึกอบรม แทนที่จะใช้คุณสมบัติที่ออกแบบด้วยมือเหมือนที่ทำกันทั่วไป”

จอห์น แมคฟี่ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมการออกแบบระบบที่มหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู บอกกับ Digital Trends ว่า: “โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังเปลี่ยนการควบคุมแบบแมนนวล — [เช่น] หยุด, เริ่มต้น, ยกขาขึ้นก้าว — ด้วยระบบอัตโนมัติ สารละลาย. การเปรียบเทียบประการหนึ่งคือระบบส่งกำลังอัตโนมัติในรถยนต์ซึ่งมาแทนที่การเปลี่ยนเกียร์ธรรมดา ปัจจุบันนี้คนส่วนใหญ่ขับรถแบบอัตโนมัติเพราะว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า และผู้ใช้สามารถมุ่งความสนใจไปที่สภาพแวดล้อมของตนเองได้มากกว่าการใช้คลัตช์และคันบังคับ ในทำนองเดียวกัน ตัวควบคุมระดับสูงแบบอัตโนมัติสำหรับ exo จะเปิดโอกาสใหม่ให้กับผู้ใช้ [ในรูปแบบ] ความตระหนักรู้ด้านสิ่งแวดล้อมที่มากขึ้น”

เช่นเดียวกับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าผู้ใช้ที่เป็นมนุษย์จะมีความสามารถในการแทนที่ระบบควบคุมอัตโนมัติได้หากจำเป็น แม้ว่าจะยังต้องอาศัยความศรัทธาสักเล็กน้อย แต่ให้วางใจว่าชุด exosuit ของคุณจะมองเห็นการหลบหนี เมื่อลงบันไดก่อนที่จะลงบันได ผู้สวมใส่จะสามารถควบคุมสถานการณ์ที่อยู่ได้ จำเป็น.

ยังคงเตรียมตัวสำหรับช่วงไพรม์ไทม์

ขณะนี้โครงการอยู่ในระหว่างดำเนินการ “ขณะนี้เรากำลังมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพระบบการจำแนกสภาพแวดล้อมที่ขับเคลื่อนด้วย A.I. โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปรับปรุงความแม่นยำในการจำแนกประเภทและประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์” Laschowski กล่าว “การพัฒนาทางวิศวกรรมทางเทคนิคนี้มีความสำคัญต่อการรับประกันการดำเนินงานที่ปลอดภัยและแข็งแกร่งสำหรับการทดสอบทางคลินิกในอนาคตโดยใช้โครงร่างภายนอกของหุ่นยนต์ที่มีการควบคุมอัตโนมัติ”

อย่างไรก็ตาม หากทุกอย่างเป็นไปตามแผน หวังว่าจะใช้เวลาไม่นานเกินไปจนกว่าอัลกอริธึมดังกล่าวจะสามารถนำมาใช้ในชุด exosuit ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดได้ สิ่งเหล่านี้เริ่มแพร่หลายมากขึ้นแล้ว ต้องขอบคุณบริษัทนวัตกรรมอย่าง Sarcos Robotics และมีการใช้ในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายมากขึ้นเรื่อยๆ พวกเขายังสามารถเพิ่มขีดความสามารถของมนุษย์ได้อย่างมากเกินกว่าที่ผู้สวมใส่จะสามารถทำได้เมื่อไม่ได้สวมชุดสูท

ในบางแง่ มันชวนให้นึกถึงความคิดดั้งเดิมของไซบอร์กอย่างมาก ไม่ใช่เหมือนกับ Darth ที่น่าหวาดเสียว Vader หรือ RoboCop เป็นการผสมผสานระหว่างครึ่งมนุษย์และครึ่งเครื่องจักร แต่ในฐานะนักวิจัย Manfred Clynes และ Nathan ไคลน์ เขียนในปี 1960เนื่องจาก “ระบบองค์กรที่…ปัญหาคล้ายหุ่นยนต์ [ได้รับ] การดูแลโดยอัตโนมัติ ปล่อยให้ [มนุษย์] มีอิสระในการสำรวจ สร้างสรรค์ คิด และรู้สึก” ตัดทอนความรู้สึกฮิปปี้เล็กน้อย (นี้ เคยเป็น ในยุค 60) แนวคิดนี้ยังคงอยู่: ด้วยการปล่อยให้หุ่นยนต์จัดการปัญหาทางโลกที่เกี่ยวข้องกับการนำทางโดยอัตโนมัติ ผู้ใช้จึงสามารถมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่สำคัญและน่าสนใจมากกว่าได้ ท้ายที่สุดแล้ว คนส่วนใหญ่ไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงเรื่องเล็กๆ น้อยๆ ที่ต้องขยับเท้าข้างหนึ่งต่อหน้าอีกข้างหนึ่งเมื่อเดิน ทำไมคนในชุดหุ่นยนต์ exosuit จึงต้องทำเช่นนั้น?

บทความล่าสุดที่อุทิศให้กับการวิจัยนี้คือ ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• อนาคตของระบบอัตโนมัติ: หุ่นยนต์กำลังมา แต่พวกมันจะไม่แย่งงานของคุณ
• เช่นเดียวกับสุนัขนำทางที่สวมใส่ได้ แบ็คแบ็คนี้ช่วยให้คนตาบอดนำทางได้
• เก่งสตาร์คราฟต์เหรอ? DARPA ต้องการฝึกหุ่นยนต์ทหารด้วยคลื่นสมองของคุณ
• Delta Airlines วางแผนที่จะจัดเตรียมหุ่นยนต์โครงกระดูกภายนอกอันทรงพลังเหล่านี้ให้กับพนักงาน
• Exosuits สำหรับทุกคน: พบกับบริษัทที่ทำให้หุ่นยนต์สวมใส่กลายเป็นกระแสหลัก