Екзоскелети з автопілотом: майбутнє носимої робототехніки

Автоматизація полегшує роботу. Це також робить речі потенційно страшнішими, оскільки ви віддаєте своє благополуччя в руки технології, яка має здійснювати швидкі дзвінки без попередньої консультації з вами, користувачем. Наприклад, безпілотний автомобіль повинен бути в змозі помітити затор або велосипедиста, що повертає, і реагувати належним чином. Якщо він може зробити це ефективно, це змінить правила транспортування. Якщо це не вдасться, результати можуть бути летальними.

В Університеті Ватерлоо, Канада, дослідники працюють саме над цією проблемою — лише в області екзокостюмів роботів, які можна носити. Ці костюми, які можуть варіюватися від нагадують промислові носії Інопланетяни’ Потужний завантажувач до допоміжні костюми для людей з обмеженими руховими можливостями через вік або фізичні вади, вже використовуються як додаткові пристрої для допомоги тим, хто їх носить. Але вони були повністю ручними у своїй роботі. Тепер дослідники хочуть дати їм власний розум.

З цією метою дослідники Університету Ватерлоо розробляють A.I. такі інструменти, як комп’ютерне бачення, які дозволять екзокостюмам відчувати оточення та пристосовуватися рухи відповідно — наприклад, здатність помічати сходові прольоти та автоматично підніматися ними або іншим чином реагувати на різні середовища ходьби в реальному часі час. Якщо вони це зроблять, це назавжди змінить корисність цих допоміжних пристроїв. Однак зробити це нелегко.

Найбільший виклик для роботизованих екзоскелетів

«Керування зазвичай розглядається як одна з найбільших проблем у розробці роботизованих екзоскелетів для реальних застосувань», Брокослав Лашовський, доктор філософії кандидат на кафедрі проектування систем університету, розповів Digital Trends. «Щоб забезпечити безпечну та надійну роботу, комерційно доступні екзоскелети використовують елементи ручного керування, такі як джойстики або мобільні інтерфейси, щоб передавати рухові наміри користувача. Ми розробляємо автономні системи керування для роботизованих екзоскелетів за допомогою носимих камер і штучних інтелект, [щоб полегшити] когнітивне навантаження, пов’язане з контролем людини та прийняттям рішень».

У рамках проекту команда повинна була розробити систему класифікації середовища на основі штучного інтелекту, яка називається База даних ExoNet, який, як стверджується, є найбільшим набором даних із відкритим вихідним кодом середовищ, де люди ходять. Це було зібрано завдяки тому, що люди носять камеру на грудях і ходили навколо місцевого середовища, записуючи свій рух і пересування. Потім це було використано для навчання нейронних мереж.

«Наша система класифікації середовища використовує глибоке навчання», — продовжив Лашовскі. «Однак високопродуктивні алгоритми глибокого навчання, як правило, досить дорогі з точки зору обчислень, що є проблематичним для роботизованих екзоскелетів з обмеженими робочими ресурсами. Тому для класифікації середовища ми використовуємо ефективні згорточні нейронні мережі з мінімальними вимогами до обчислень і пам’яті. Ці алгоритми глибокого навчання також можуть автоматично й ефективно вивчати оптимальні характеристики зображення безпосередньо з навчальних даних, а не використовувати ручні функції, як це традиційно робиться».

Джон МакФі, професор інженерного проектування систем в Університеті Ватерлоо, сказав Digital Trends: «По суті, ми замінюємо ручне керування — [наприклад] зупинку, старт, підйом ноги за кроком — автоматизованим рішення. Однією з аналогій є автоматична трансмісія в автомобілі, яка замінює ручне перемикання передач. Зараз більшість людей їздять на автоматиці, оскільки вона ефективніша, і користувач може більше зосередитися на навколишньому середовищі, а не на роботі зчеплення та ручки. Подібним чином автоматизований контролер високого рівня для exo відкриє нові можливості для користувача [у вигляді] більшої екологічної обізнаності».

Як і у випадку з безпілотним автомобілем, дослідники відзначають, що людина-користувач матиме можливість перевизначати автоматизовану систему керування, якщо виникне потреба. Хоча вам все одно знадобиться трохи віри, наприклад, щоб повірити, що ваш екзокостюм помітить політ спускаючись сходами, перш ніж спускатися з них, власник може взяти на себе контроль у сценаріях, де це є необхідно.

Все ще готуємось до прайм-тайму

На даний момент проект знаходиться в стадії розробки. «Наразі ми зосереджуємося на оптимізації нашої системи класифікації середовища на основі штучного інтелекту, зокрема на покращенні точності класифікації та продуктивності в режимі реального часу», — сказав Лашовскі. «Ця технічна інженерна розробка має важливе значення для забезпечення безпечної та надійної роботи для майбутніх клінічних випробувань з використанням роботизованих екзоскелетів з автономним керуванням».

Однак, якщо все піде за планом, ми сподіваємось, що не мине надто багато часу, поки такі алгоритми можна буде розгорнути в комерційно доступних екзокостюмах. Вони вже набувають все більшого поширення завдяки таким інноваційним компаніям, як Sarcos Robotics, і використовуються в дедалі різноманітніших умовах. Вони також здатні значно розширити людські здібності понад те, на що був би здатний той, хто носить костюм, не одягаючи костюм.

Певним чином це дуже нагадує оригінальну концепцію кіборга, а не якогось кошмарного Дарта Вейдер або Робокоп — це поєднання напівлюдини й напівмашини, але, як дослідники Манфред Клайнс і Натан Клайн писав у 1960-х роках, як «організаційну систему, в якій … роботоподібні проблеми [вирішуються] автоматично, залишаючи [людям] свободу досліджувати, творити, думати та відчувати». Позбавлений його ледь помітних хіпі (це був 60-х), ідея досі актуальна: дозволяючи роботам автономно вирішувати повсякденні проблеми, пов’язані з навігацією, люди-користувачі можуть зосередитися на більш важливих, цікавих речах. Зрештою, більшості людей не потрібно свідомо думати про дрібниці переміщення однієї ноги попереду іншої під час ходьби. Чому хтось у екзокостюмі робота має це робити?

Остання стаття, присвячена цьому дослідженню, була нещодавно опублікований у журналі IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

Рекомендації редакції

• Майбутнє автоматизації: роботи приходять, але вони не заберуть вашу роботу
• Подібно до собаки-поводиря, ця спинка допомагає незрячим орієнтуватися
• Хороший у StarCraft? DARPA хоче навчити військових роботів за допомогою ваших мозкових хвиль
• Авіакомпанія Delta Airlines планує оснастити своїх співробітників цими потужними роботами-екзоскелетами
• Екзокостюми для всіх: познайомтеся з компанією, яка робить носимих роботів масовими