Přesnosti robotických končetin pomáhá strojový algoritmus

TLDR verze: Způsob, jakým se dnes ovládá robotická protetika, není stále přehršle přesné. Vypomoct by mu však mohly strojové algoritmy, které se naučí správný kontext. Studie tu.

Jedna ruka netleská

S robotickými končetinami je problém, který nejlépe popsala legendární scéna Červeného trpaslíka. I když je tradičně přehnaná, netřeba asi dlouho popisovat, že ovládání robotické protetiky je složité. Většina robokončetin dnes, pokud se tedy vůbec hýbou samy, je tak ovládána zbytky svalů v pahýlu, nikoliv propojením mozku a mašiny. Jenže ovládání skrze pár svalů je jednak méně přesné, jednak je třeba se jej dlouze učit, takže při pohledu na robotická protetika ovládaná trhaně pacientem lidi tleskají mnohdy spíše ze soucitu než z nadšení.

Neurální rozhraní se sice zlepšují, ale ani tady nelze v dohledné době očekávat kyberpunk jako z polské herní scény! Elonův Neuralink například sice slibuje za dekádu rvát lidem do hlav senzory, které by mohly mít skutečně vyšší míru čtení – ale ani to nemusí stačit. Mozková aktivita se liší člověka od člověka, mozky zdaleka nemluví nějakým univerzálním jazykem. I když tak například dnes už umíme v mozku nacházet slova, která člověk slyší (!), děje se tak jenom díky tomu, že algoritmy se nejprve naučí, jak se mozek rozsvítí, když člověk ona slova vyslovuje.

Jinými slovy – pokud v roce 2029 přijdete o roku, a necháte si do hlavy našít neuralinky, abyste mohli ovládat svou končetinu, stroje můžou pořád mít značný problém onu ruku ovládat. Nebudou se to totiž mít kde nejprve naučit. Signál z mozkové aktivity může být velmi silný, ale interface jej bude zkrátka dlouho mít problém správně přetlumočit. Bude to trochu jako když na vás P.L.Y.N.U.L.E. a Z.Ř.E.T.L.N.Ě. mluví cizinec jazykem, kterému prostě nerozumíte… Nebo se ho teprve učíte.

V posledních měsících ale zjevně více výzkumníků napadlo, že by matnému čtení lidské mozkové aktivity mohla pomoct umělá inteligence. Nejnověji tak učinili vědátoři pod vedením Katie Z. Zhuang z francouzské Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne alias EPFL. Ti totiž vytvořili kombinované ovládání robotické nohy, ruky či jiného údu opět jak skrze čtení mozku, tak i strojové učení. A to slibuje doručit nám pravý kyberpunk… Zase o trochu víc!

Strojové srandy

Frantíci nejprve vzali první koncept ve formě dešifrování právě pohybu ruky a prstů skrze ovládání svaly v torzu končetiny. Na něj pak nalepili strojové učení z robotiky, která chytá skrze robopazuru za předměty. Nejde tedy o ony pokročilé capiny se čtením do hlav, ale ještě se k nim dostaneme. Strojové učení totiž i méně přesné ovládání robota (skrze ony svaly v paži) vylepšilo natolik, že majitelé protetika můžou ovládat jednotlivé prsty!

Senzory na paži se v zásadě nejprve učí, které svaly korelují s pohybem jakých prstů. Další porce strojového učení pak přichází při uchopení předmětu, včetně nějakého kluzkého. Umělá inteligence v ruce je v zásadě s to proměnlivě reagovat na potřeby té či oné situace – a především podržet případný uchopený předmět! Samozřejmě pokud možno tak, aby jej zase nerozdrtil. Ve videu níže je to vidět na PETce, kterou robot drží, aniž by ji rozšmelcoval na mikroplasty! A tak může nová robotická protetika lépe fungovat!


Doufám, že vám teď kontextová reklama prodává nějaké mikroplasty.

Nemusí se to zdát být massivní pokrok, ale v podstatné je, že nejde o žádnou super pokročilou technologii. Individuální ovládání prstů a lepší (a automatizované) uchopení předmětů je v podstatě možné aplikovat i na robotické ruce, které se budou šroubovat na pacienty třeba již za rok! Frantíci metodu s úspěchem vyzkoušeli na deseti lidech, z toho tři byli pacienti po amputaci. Takže do praxe by tahle sranda mohla přijít snad v horizontu měsíc, maximálně let.

Ne, pořád to nesmrdí oním kyberpunkem, kdy by nás pokrok donutil uřezat si své vlastní nohy a ruce, a nasadit si lepší, mechanické… Pořád to prostě nemá na končetiny, která vám (pravděpodobně) narostly ještě v děloze. Přesto naznačuje směr vývoje, který nejspíše ovlivní i další podobu celého výzkumu protetik.

Kyberpunk 2019

Francouzská studie sice nevyužívá neurální rozhraní – nečte mozek přímo, nepřímo ani nijak jinak. Zvýšení přesnosti díky robotickému učení i skrze ovládání svaly v paži však indikuje, že podobné algoritmy budou moct zvýšit i přesnost příští generace končetin ovládané již silou myšlenky! Ostatně, červnová studie nedávno učinila první výstřelek přesně tohoto druhu! 

I když tak budoucí rozhraní budou méně přesná, postupné vylepšování strojového učení může časem přijít s protetiky, které mají tak trochu napůl vlastní hlavu! Nakolik budou podobné srandy občas vyvádět neplechu jako z Evil Dead, je jiná otázka. Ale minimálně onen necitlivý pohyb robotických končetin pravděpodobně během dekády, maximálně dvou překonáme, ať už budeme lidem lupat do mozku čipy nebo nikoliv. Kyberpunk se zkrátka blíží!

[LL]

Víc na čtení mozku taky ve videu tuna:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze