Новая бионическая рука со встроенной видеокамерой (+видео)

Созданная биоинженерами из Университета Ньюкасла бионическая рука со встроенной видеокамерой придает новый смысл понятию зрительно-моторной координации движений. Проходящий клинические испытания интеллектуальный протез нового поколения использует стандартную камеру в сочетании с машинным обучением.

Он позволяет пациентам автоматически захватывать объекты без сознательного управления устройством.

Современные протезы прошли долгий путь развития, но они все еще имеют большие возможности для дальнейшего совершенствования. Нынешнее поколение механических устройств использует датчики, регистрирующие биотоки мышц от оставшейся части ампутированной конечности, что позволяет более естественно контролировать движение, но это не так просто реализовать на практике.

Команда университета Ньюкасла пытается разработать бионическую руку, которая использует недорогую цифровую камеру для анализа объектов, когда пациент, ощупывая их, оценивает форму и размер и соответствующим образом изменяет свою хватку. Идея заключается в том, что вместо пациента контроль за движением руки берет на себя протез, подобно режиму автопарковки для автомобиля.

«Используя компьютерное зрение, мы разработали бионическую руку, которая может реагировать автоматически, просто как настоящая рука — пользователь может протянуть руку и поднять чашку или бисквит, используя лишь беглый взгляд в этом направлении, - говорит д-р Кианош Назарпур, старший преподаватель кафедры Биомедицинской инженерии в университете г. Ньюкасл. - Для многих пациентов контрольной точкой является их здоровая рука или нога, в сравнении с которыми протез им кажется медленным и неуклюжим. Теперь мы впервые разработали интуитивно действующую руку, которая может реагировать без мысленного контроля над ней».

Ключевой технологией при создании новой руки стало машинное обучение. Для тренировки руки были использованы сверточные нейронные сети. Потом этот искусственный сетевой интеллект был обучен на основе изображений, которые затем были разделены на четыре типа по их захвату. После точной настройки рука была испытана в режиме реального времени с использованными при обучении и новыми объектами.

«Мы могли показать компьютеру картинку, например, палку, - говорит ведущий автор исследования Газаль Газаей. - Но не одно, а несколько изображений палки в разных вариантах и положениях, даже при различном освещении и на разном фоне — в итоге компьютер понимает, что он должен захватить и поднять палку. Так что компьютер не просто сравнивает соответствующий образ, он учится распознавать объекты и группировать их по типу захвата рукой, чтобы успешно его забрать. Именно это позволяет ему точно оценить и подобрать никогда не виденный прежде объект. Это огромный шаг вперед в разработке бионической конечности».

Не менее важно то, что делается это за миллисекунды, что в 10 раз быстрее, чем могут современные протезы. Исследователи отмечают, что новая рука к тому же более гибкая, чем альтернативные системы, и она лучше справляется с необычными объектами, не требуя при этом наличия огромных баз изображений.

Однако бионическая рука с камерой представляется пока как промежуточное решение. Может быть создан более совершенный протез, который включает сложные датчики и контролируется непосредственно мозгом пациента. «Это ступенька на пути к нашей конечной цели, - говорит Назарпур. - Но главное — это дешево и может быть реализовано в ближайшее время, потому что не требует нового протезирования. Мы можем просто адаптировать имеющиеся протезы».