Управление роботом силой мысли - над этим сейчас работают ученые из Немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта (DFKI) и группы робототехники в Университете Бремена. Так называемые мозговые компьютерные интерфейсы (BCI) могут использоваться для управления роботами с использованием активности человеческого мозга. Используется электроэнцефалография (ЭЭГ), в которой электроды, размещенные на голове, измеряют потенциальные изменения в головном мозге.
Роботы должны быть в состоянии интерпретировать деятельность мозга
Подход исследователей идет даже дальше, чем предыдущие BCI - целостный подход «встроенного чтения мозга» (EBR) должен позволить не только измерять, но и интерпретировать деятельность мозга. Таким образом, намерение действовать и когнитивная нагрузка человека могут быть распознаны. EWC использует только пассивное наблюдение за естественной деятельностью мозга, чтобы люди не были обременены использованием BCI.
Картинная галерея
В дополнение к ЭЭГ, новый подход также использует электромиографию для измерения мышечной активности, отслеживания глаз и анализа движений, что должно обеспечить полную и отказоустойчивую интеграцию мозговой деятельности в управление техническими системами. Исследователи используют это, например, для телеоперации космических роботов, а также для управления экзоскелетами роботов на основе ЭЭГ.
Роботы учатся на собственных проступках благодаря негативным отзывам людей
Потенциал, коррелированный с событием, включает в себя так называемый потенциал, коррелированный с ошибкой. В DFKI также разработан процесс машинного обучения, в котором робот может учиться на собственном проступке при контролируемом жестом взаимодействии с людьми. Робот способен одновременно учиться, различать жесты людей и назначать их на действия, которые они могут выполнять. Измерение ЭЭГ у людей показывает, было ли это назначение правильным или неправильным, что дает ему отрицательную обратную связь, коррелированный с ошибками потенциал, в случае ошибочного действия.
Это освобождает людей от взаимодействия, потому что им не нужно сознательно давать обратную связь роботу, но EWC уже воспринимает это на подсознательном уровне. Исследователи из Бремена впервые смогли использовать метод, основанный на внутренней обратной связи, при взаимодействии с реальной системой роботов и показать, что он ведет к улучшению взаимодействия между людьми и роботами. При реабилитации с использованием экзоскелетов потенциал ошибок может быть использован, например, для получения информации о принятии пользователем.
Контроль экзоскелета в реальном времени
Однако использование физиологических данных для улучшения функциональности и удобства использования в системах технической реабилитации связано с возможностью их обработки. Это должно быть сделано в режиме реального времени, чтобы поддерживать движения как можно более естественно. Также требуются мобильные и миниатюрные системы обработки, которые могут быть встроены в реабилитационный центр.
Поэтому ученые из DFKI и Университета Бремена разработали компактную систему чтения мозга для прогнозирования движения в реальном времени. Они основаны на так называемых полевых программируемых массивах затворов (FPGA), перепрограммируемых схемах, которые обеспечивают параллельные операции обработки и, следовательно, могут обрабатывать большие объемы данных за очень короткое время. Чтобы сделать их пригодными для робототехники, исследователи также разработали программную среду Respace. Это определяет различные прикладные арифметические операции, которые объединяются для формирования ускорителя потока данных и становятся доступными на FPGA. Разработанная система может поддерживать регулирование экзоскелета, например, путем оценки данных ЭЭГ в реальном времени. ПЛИС обрабатывают огромное количество данных, сгенерированных за несколько наносекунд - это единственный способ, когда экзоскелет может поддерживать движение руки в нужный момент.
DFKI представляет проект Recupera Reha на CeBIT. Мобильный экзоскелет используется для помощи верхней части тела специально для роботизированной терапии после инсульта, которой можно управлять, помимо прочего, на основании данных ЭЭГ. Результаты и технологии для встроенного чтения мозга были использованы в проекте.