Протезы, которые впервые оснащены осязанием, самообучающийся робот-помощник для повседневного использования или гиперреалистичные фотографии внутренней части тела - три увлекательных исследовательских проекта были номинированы на премию German Future Prize. Общим для этих трех проектов является то, что они должны помогать людям в старости, в случае болезни или инвалидности и облегчать жизнь. Федеральный президент Франк-Вальтер Штайнмайер объявит, кто победит 29 ноября 2017 года. Мы подробно расскажем о трех проектах.
Анатомия встречает кино - кинематографический рендеринг
Часто только специалисты могут правильно понять изображения магнитно-резонансного томографа (МРТ) или компьютерного томографа (КТ), для непрофессионала он остается серым, непонятным. Но что, если внутренняя часть человеческого тела может быть представлена как фотография? Исследователи из Siemens Healthineers Dr. Клаус Энгель, доктор Роберт Шнайдер и доктор Франц Феллнер с технологией визуализации Cinematic Rendering и таким образом номинирован на премию Future German. Технология генерирует фотореальные и гиперреальные трехмерные изображения пациента из исходных данных КТ и МРТ в программном обеспечении радиологической диагностики Syngo.via.
Картинная галерея
Картинная галерея с 14 картинками
Ключ к технологии - физика света. Свет состоит из элементарных частиц, которые взаимодействуют с окружающей средой: когда легкая частица попадает на материю, она отражается и рассеивается в разных направлениях, в некоторых местах она поглощается, и создаются тени. Особые свойства света не были приняты во внимание в предыдущих процессах медицинской трехмерной визуализации. Впервые кинематографический рендеринг позволяет создавать фотореалистичные медицинские представления с использованием физических эффектов: алгоритм имитирует сложное взаимодействие фотонов со сканированным изображением пациента.
С начала 2017 года кинематографический рендеринг больше не используется только для исследовательских целей: радиологи могут использовать эту технологию с программным обеспечением для визуализации Syngo.via и, таким образом, создавать фотореалистичные клинические изображения на основе каждого КТ и МРТ-сканирования. Процесс рендеринга происходит в постобработке: требуется всего несколько щелчков мыши, чтобы вывести изображения пациента на диагностический монитор. Перед операцией можно получить очень точный обзор анатомии и патологии пациента и точно спланировать процедуру. Это также улучшает связь между врачом и пациентом. С помощью фотореалистичных изображений теперь можно четко показать, как развивается перелом или где растет опухоль.
Роботы-помощники для более легкого будущего
Исследовательская группа вокруг доктора Сами Хаддадин, доктор Саймон Хаддадин и Дипл.-Инф. В течение многих лет Свен Парусель разрабатывал новое поколение недорогих, безопасных, интеллектуальных и активно поддерживающих инструментов для людей. Затем на выставке Hannover Messe 2017 был представлен электроинструмент «Panda», выпускаемый компанией Franka Emika. Система может работать как смартфон через приложения и может быть обучена новым задачам в течение нескольких минут, без необходимости пользователя знать робототехнику. Система настолько чувствительна, что может работать рядом с людьми.
Система имеет сенсорную концепцию, смоделированную на мышечном аппарате в каждом суставе, чтобы он мог взаимодействовать с окружающей средой. Используя алгоритмы, он способен узнавать новые вещи. Чтобы освоить сложные свойства, исследователи разработали новую парадигму программирования и взаимодействия, среди прочего. Человек становится учителем робота-помощника, чтобы использовать его как полезный и эффективный инструмент в соответствии с его пожеланиями. В начатых проектах роботы-помощники теперь используются в мастерских для инвалидов и для ухода за пациентами с БАС.
Высокотехнологичные протезы с осязанием
Третья назначенная команда, состоящая из Стефана Шульца, Адриана Андреса и Матиаса Баслера, нацелилась на протезы рук. Протезы должны быть небольшими и легкими и выглядеть как можно ближе к человеческой руке. Они также должны быть простыми и интуитивно понятными для управления. В то же время ожидается, что протез является надежным и доступным так же быстро, мощно и универсально, как и человеческая рука.
Чтобы удовлетворить эти противоречивые требования, команда взяла человеческую руку за образец для подражания. Бионический дизайн сыграл важную роль в разработке нового протеза руки, особенно в том, что касается анатомической формы, ощущения при захвате и первого в мире смоделированного ощущения осязания. Носовые пружины между суставами пальцев обеспечивают адаптивное базовое напряжение при захвате и удерживании, основанное на мышцах и связках человеческой руки. Все несущие металлические компоненты протезов также покрыты мягкой пластиковой крышкой. Это обеспечивает протезам естественное ощущение, подобное коже человека, что облегчает безопасный доступ.
Новый элемент управления позволяет использовать десять различных схем захвата
До сих пор протезы едва ли могли реализовать чувство осязания, столь естественное для человеческой руки. Поэтому для новой системы протезов была разработана вибрационная обратная связь, которая предоставляет владельцу протеза информацию о текущей силе сцепления. Это позволяет пользователю получить безопасный доступ даже без прямого визуального контакта. Исследования также показали, что это также может облегчить фантомную боль.
Новые подходы были также приняты в области контроля. Многоэлементные протезы обычно контролируются датчиками, которые регистрируют мышечное напряжение. Поскольку для этого обычно доступны только сигналы от двух мышц предплечья, выбор различных типов захвата часто затруднен. Поэтому для протезов Vincent была разработана новая концепция управления. Впервые владелец протеза может использовать все ручки напрямую и интуитивно, используя различные последовательности мышечных сигналов. С помощью специальной схемы выбора маркеров, которая приводит различные маркеры в определенный порядок, можно использовать десять шаблонов маркеров и множество других комбинаций маркеров.
Команда также разработала протезы для детей и подростков: у Винсента Янга есть четыре мотора, которые приводят в движение отдельные пальцы, что делает его первым многочастным протезом руки ребенка. Миниатюризация приводов была особой проблемой, которая была решена специально разработанными высокопроизводительными коробками передач.
Какую команду выигрывает приз Future German, можно увидеть 29 ноября 2017 года с 18:00 в прямом эфире. ZDF транслирует событие с 10.15 вечера.