Тренируя пациента с параличом нижних конечностей с помощью экзоскелета в своем кабинете в рамках проекта «Walk Again», проф. Гордон Ченг (Институт когнитивных систем, ICS, Германия) был удивлен. Пациенты восстановили некоторую степень контроля над движением ног. Немалый сюрприз.
Это был 2016 год, и это было только начало. Четыре года спустя ни один из этих пациентов по-прежнему не может ходить свободно и без посторонней помощи, но путь свободен. Робототехника может не только помочь людям с ограниченными возможностями, но даже способствовать процессу выздоровления.
В робототехнике и нейробиологии человек видел под водой две верхушки того, что могло быть одним айсбергом.
Чтобы разработать более совершенные медицинские устройства, нам нужно копнуть глубже, чтобы понять, как работает мозг, и как перевести это на язык робототехники.
Замкните цепь между мозгом и машиной
В своей статье опубликовано в журнале Science Robotics в этом месяцеЧенг и его коллега профессор Николелис, ведущий эксперт в области нейробиологии и, в частности, в области человеко-машинного интерфейса, утверждают, что нам необходимо преодолеть некоторые ключевые проблемы, чтобы продвинуться к слиянию нейробиологии и робототехники. Один из них — «замыкание цепи между мозгом и машиной».
Что они имеют в виду под этим?
Идея состоит в том, что связь между мозгом и машиной будет работать, если мозг будет воспринимать машину как продолжение тела.
Возьмем для примера руководство. Управляя автомобилем, мы не думаем постоянно о своих действиях, не так ли? Но мы до сих пор не знаем, как это работает.
Итак, теория двух ученых заключается в том, что мозг каким-то образом адаптируется к машине, как если бы она была продолжением тела. Учитывая эту общую идею, было бы здорово, чтобы экзоскелет учитывался мозгом таким же образом.
Как этого добиться на практике?
Экзоскелет, который Ченг использовал для своих исследований, на самом деле представляет собой просто большой кусок металла, довольно громоздкий для владельца.
Будет необходимо разработать «мягкий» экзоскелет, который можно будет носить просто как предмет одежды, который сможет одновременно улавливать намерения пользователя при движении и обеспечивать мгновенную обратную связь.
Последние достижения в интерфейсах мозг-машина позволит плавно адаптировать такие экзоскелеты к потребностям отдельных пользователей. Учитывая последние технологические достижения и лучшее понимание того, как декодировать мгновенную мозговую активность пользователя, настало время для их интеграции в решения, более ориентированные на человека или, скорее, на мозг.
Чего еще не хватало? Более реалистичная функциональная модель для обеих дисциплин.
Поэтому, чтобы снизить порог робототехники и стимулировать ее использование в нейробиологии, нам нужны роботы, которые ближе к человеческой структуре и поведению. Вот почему нам нужны более реалистичные функциональные модели, а это значит, что роботы должны иметь возможность имитировать человеческие характеристики.
Давайте возьмем пример роботов-гуманоидов с искусственными мышцами., или оснащенные "кожей", наподобие тех, что Ченг экспериментировал годами. Эта естественная конструкция, имитирующая мышцы, вместо традиционной моторизованной активации предоставит нейробиологам более реалистичную модель для своих исследований.
Это один из многих возможных примеров беспроигрышных ситуаций, которые будут способствовать лучшему сотрудничеству между нейробиологами и робототехникой в будущем.
Неврология и робототехника: целевая группа
Ченг и Николелис не единственные, кто стремится преодолеть эти трудности. В Германии первая и единственная в своем роде программа Elite Graduate in Neuroengineering сочетает экспериментальную и теоретическую нейробиологию с углубленной инженерной подготовкой и объединяет лучших студентов в этой области.
Решающим фактором будет тренировка универсальности. Сочетание двух дисциплин робототехники и нейробиологии - сложное упражнение, поэтому необходимо научить студентов мыслить шире и трансверсально, чтобы находить невообразимые решения.
Будущее начинается с нового научного сообщества и новой культуры в области инженерии и робототехники.
Именно здесь под водой встречаются робототехника и нейробиология — две верхушки одного айсберга.
В образовании.
Источники: Гордон Ченг, Стефан К. Эрлих, Михаил Лебедев, Мигель А.Л. Николелис. Научная робототехника, 2020; 5 (49): eabd1911 DOI: 10.1126/scirobotics.abd1911
