Французские ученые из университета Гренобль-Альпы смогли разработать экзоскелет и нейрокомпьютерный интерфейс, который дал возможность полностью парализованному пациенту пройти 145 метров, сделав 480 шагов. Основная работа специалистов велась в направлении нейроинтерфейса, поскольку разновидностей экзоскелетов довольно много, и работают они неплохо.
Ученые добились того, что аппаратное обеспечение экзоскелета стало взаимодействовать с нейроинтерфейсом, т.е. удалось научиться интерпретировать электрические сигналы головного мозга в движение механических «мускулов». Сложности, конечно, есть, это не экзоскелет из фильмов с технологиями будущего.
Экзоскелет позволяет парализованному человеку управлять четырьмя «конечностями». Для того, чтобы осуществить задуманное, ученые использовали два сенсорных модуля, закрепленных на правой и левой половинах головы. Они соединены с электродами, которые размещены под черепной коробкой.
Каждый модуль связан с 64 электродами. А электрические сигналы, которые генерируются мозгом, регистрируются и обрабатываются компьютерной системой ПК или экзоскелета.
Изначально в эксперименте участвовало два добровольца, но потом остался только один, поскольку у второго перестали работать электроды. Второй доброволец парализован ниже плеч, он может немного двигать кистью левой руки, а также задействовать бицепс.
Для того, чтобы научиться управлять экзоскелетом, мужчине пришлось готовиться два года. Выше говорилось, что сигналы от электродов поступают к компьютерной системе, где обрабатываются. Обучение проходило в несложном интерфейсе, в виде игры. Пациенту нужно было управлять фигурой человека в виртуальной реальности, заставляя ее двигаться. Таким образом доброволец смог научиться управлять руками и ногами своего аватара, а также задействовать электронные переключатели, необходимые для ходьбы с использованием экзоскелета.
После обучения пациент смог с высокой степенью точности выполнять задачи, которые требуют трех степеней свободы. Чуть менее точно (71% успешного выполнения) реализуются задачи, требующие восьми степеней свободы. Для того, чтобы экзоскелет с пациентом случайно не упал, установку подвешивают к страховке.
В дальнейшем, как утверждают специалисты, мужчина сможет передвигаться самостоятельно, но после дополнительного срока обучения. В скором времени к программе исследований подключат еще трех добровольцев.
Что касается добровольца, который принял участие в текущей программе, то он лишился возможности двигаться четыре года назад. Тогда он попал в автомобильную катастрофу, которая привела к тяжелой травме спинного мозга. Без экзоскелета он не сможет использовать конечности до конца жизни.
Он же стал первым пациентом, который согласился участвовать в этом эксперименте. По мнению добровольца, наука и конкретные результаты текущей работы дают возможность надеяться на возможность ходить другим людям, попавшим в аналогичную ситуацию. Разработчики отмечают, что их система — важный шаг вперед для автономного движения людей с ограниченными возможностями.
Это возможно благодаря тому, что устройство постоянно измеряет электрическую активность мозга с высокой степенью точности. Технологии искусственного интеллекта дают возможность обрабатывать эти сигналы и связывать их с движениями экзоскелета и намерениями пациента. Ученые сейчас разрабатывают технологию, которая дает возможность задействовать руку робота-экзоскелета, захватывая ею разные объекты. Сейчас это слабое место аппаратуры.
Результаты эксперимента опубликованы в The Lancet Neurology.
Комментарии (19)
dipsy
06.10.2019 16:11+1Вот так смотришь иногда на делающего обратное сально Atlas-а и на вот эти неуклюжие конструкции, не прибавившие в степени уклюжести за 20 лет ни йоты, и не понимаешь, что вообще тут происходит.
По идее уже парализованные давно должны в экзоскелетах (или на колясках с 4 конечностями) скакать как козлики, причем экзоскелет сам бы базовые функции по поддержанию равновесия обеспечивал бы.
И да, а на кой вообще туловище парализованного таскать в этом экзоскелете, ходил бы один «скелет», а парализованный мирно бы себе лежал в постели, управляя аватаром и получая полный аудиовизуальный канал к мобильному юниту. Удобнее и безопаснее.
GiperBober
06.10.2019 16:29Уклюжесть или неуклюжесть конструкции здесь до фени, тут не конструктив важен, а система считывания и обработки нервных сигналов. И не надо путать робота, у которого конечностями управляет компьютер, с экзоскелетом, который управляется через электродную шапочку мозгом, который пытается соотносить сигналы, посылаемые рукам и ногам, с фактическими перемещениями конечностей и тела в пространстве, причём даже неясно, есть ли обратная связь с этими конечностями у мозга или он перемещения контролирует сугубо визуально.
dipsy
06.10.2019 17:34Без полноценной обратной связи и быстрых «мышц» конечно не получится уверенно управлять экзоскелетом при помощи мозга, как минимум равновесие должно поддерживаться автоматикой. Это как вы не думаете при ходьбе типа «а напрягу как я икроножную мышцу на левой ноге, а на правой бедренную, да оторву пятку от пола… », нет, вы просто хотите пройти вперед пару шагов и идёте, вся механика управляется в фоновых процессах, бессознательно, вот тут и должна автоматика потрудиться и никакой принципиальной проблемы сделать уверенно стоящую на ногах конструкцию, судя по всему, сейчас нет. Однако на практике видим, что видим, как ни парадоксально.
GiperBober
06.10.2019 18:08Эм. Так в данном случае задача-максимум получить все данные от мозга, в том числе «фоновые процессы». Неважно где происходит процесс в мозгу, в мозжечке, или в коре головного мозга, в двигательных центрах, сканер должен улавливать как раз не сознательные посылы «левой, правой, левой, правой, экзоскелет, стой, ать-два!», а как раз эти подсознательные «а встану-ка я с кресла, да прогуляюсь по парку», которые, тем не менее, тоже выражаются в электрической работе мозга. Равновесие должно держаться за счёт работы вестибулярного аппарата, а не электроники, потому как это может препятствовать сознательным приказам человека для экзоскелета на выполнение какого-либо действия, например, то же «сесть в кресло» с точки зрения автоматики равновесия будет «человек собирается упасть».
Если именно это — мгновенная управляемость экзоскелетом на основании подсознательных сигналов управления телом — получится, то тогда будут уже улучшать механическую часть экзоскелета. Если не получится — даже самый крутой киберкостюм теряет смысл, никто не засунет инвалида в роботизированный скафандр, если не сможет гарантировать отсутствие «своеволия» у этой платформы.
bbs12
07.10.2019 07:21«Вот так смотришь иногда на делающего обратное сально Atlas-а и на вот эти неуклюжие конструкции, не прибавившие в степени уклюжести за 20 лет ни йоты, и не понимаешь, что вообще тут происходит.»
Причина такой разницы в одном: биологические организмы намного сложнее, чем робот Атлас. В буквальном смысле в миллионы раз сложнее.dipsy
08.10.2019 07:32Ну смотрите, предположим, что авиатехника пошла бы тем же путем, что и экзоскелеты с роботами, что бы мы сейчас видели — ловких и быстрых дронов, беспилотников, и убогие, едва способные оторваться от земли тяжеловесные конструкции, управляемые человеческим пилотом. А что вы хотите, биология же! Сложнее! В миллионы раз! Тем более человеку летать вообще несвойственно. Наверное так бы оправдывались современные авиаконструкторы. Достаточно убедительно, в принципе.
WhiteBlackGoose
Французы, мое почтение. А то у меня иногда складывается такое ощущение, что кроме 80% америки и 20% россии в технологии никакие страны не вкладываются. Думаю я неправ, но стереотип у меня такой имеется.
Daddy_Cool
Есть технологии которые не очень-то видны. Французы молодцы в области электрометаллургии например.
Pegatron
Расскажите про ру технологии? Ладно, Германия многое разрабатывает, штаты, Китай, Израиль и многие другие, но 20% России? За что?
DrPass
А вы телевизор посмотрите ;)
yurybx
Ну как за что? А робот Фёдор, который умеет махать рукой? А революционный планшет Чубайса? А мультяшные ракеты с непредсказуемой траекторией движения? Вы что, телевизор не смотрите? Бузотёр!
p_fox
Я не смотрю. Про мультяшные ракеты можно подробнее?
Pegatron
Был рендер похожий на графику игры «Дальнобойщики 2» где ультрасовременная, не знающая аналогов и вообще мать всех ракет, летит через Атлантику уворачиваясь от квадратных треугольников :)
ClearAirTurbulence
Тонко.
ghrb
Эм, россию по инвестициям в науку даже бразилия обгоняет. По патентам в целом россию обгоняет даже нищая индия. Но научным публикациям — все подряд, индия, австралия, нидерланды, даже отдельно тайвань.
OneType
ВВП нищей Индии в три раза больше ВВП богатой России :)
sintech
А если посмотреть ВВП на душу населения то не все так однозначно ;)
ghrb
Ну ВВП тоже спорный показатель. Как говорят экономисты «Если мы выкапываем яму, мы создаём ВВП. Если закапываем её обратно — то тоже создаём ВВП».
AC130
Ну просто предполагается что когда люди что-то делают, то это им нужно и приносит какую-то пользу. Кто знает, может вам в кайф копать ямы туда-сюда.