Было время, когда западные автомобили, появившиеся в России, привлекали простотой управления. Автоматическая коробка передач не требовала особой координации движений рук и ног, а гидроусилители позволяли вращать руль без усилий, хорошо знакомым водителям ранних моделей «Лад» и «Москвичей». Сейчас мало кто задумывается о гидроусилителях руля, т.к. они стоят практически на всех современных моделях.
Однако те, кто успел посидеть за рулем советских машин, понимают, что неполного усилия одной руки отнюдь недостаточно, чтобы легко развернуть колеса. Легкость достигается лишь за счет усиления. Кстати, на советских машинах гидроусилители тоже использовались, но лишь на тяжелых грузовых, которым управлять за счет мышечной силы было бы просто невозможно.
Они стояли на ЗИЛах и КрАЗах. Сегодняшняя Техносреда о том же принципе управления механизмами, но доведенном до своего логического предела. Речь пойдет о технологиях, находящихся в ранних стадиях разработки и позволяющих управлять движениями человекоподобных роботов на расстоянии.
Прошлым летом на международной конференции в Риме с длинным названием «The Fourth IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics», посвященной биомедицинской роботехнике и биомехатронике, ученые и инженеры из Израиля и Франции выступили с интересным докладом.
В докладе «fMRI Robotic Embodiment: A Pilot Study» был описан эксперимент, в ходе которого подопытный, находившийся в израильском Реховоте, управлял движениями робота во Франции. Уникальность эксперимента в том, что команды управления снимались непосредственно с участков головного мозга подопытного.
Чтобы понять, как это удалось сделать, нужно объяснить, что такое
функциональная магнито-резонансная томография (фМРТ) или, как ее называют на английском, fMRI.
Во время проведения fMRI, человека помещают в специальный сканер, представляющий собой гигантский кольцеобразный магнит. Установка выглядит как большая труба, в которую задвигается койка с пациентом.
Сильное магнитное поле, создаваемое в установке, позволяет различать некоторые химические процессы в теле человека и в частности – изменения уровней содержания кислорода в тонких сосудах головного мозга. Кислородные уровни говорят достаточно достоверно об активности того или иного участка мозга.
Современные сканнеры fMRI дают разрешение в 1 мм кв. – участок мозга такого размера называется «воксель» (voxel). Сканнер фиксирует изменения кислородных уровней каждые 2-3 секунды, что позволяет говорить о фМРТ в реальном времени или rtfMRI.
Каждый воксель содержит большое количество нейронов, но и такого разрешения достаточно, чтобы разделить участки двигательной коры на районы, отвечающие за правую и левую руки, и за ноги.
Более того, сигналы, полученные сканером, удается расшифровать как то или иное движение, «задуманное» подопытным. Человека, при этом, просят представить, как он двигает рукой или ногой, и анализируют при этом происходящие изменения в мозге.
В рамках израильско-французского эксперимента сначала были записаны сигналы сканера, соответствующие левым и правым конечностям.
Затем они были обработаны программным пакетом Turbo BrainVoyager. После этого началась активная часть эксперимента.
Роботу HOAP3, находившемуся в помещении, были поставлены разные задачи – например, обойти два препятствия «восьмеркой», найти предмет и просто передвигаться по комнате. Сигналы запускали поворот влево или вправо, или несколько шагов вперед.
Подопытные при этом пытались представлять разные движения рукой, чтобы оптимизировать верность команд. Они видели либо робота, либо виртуальную реальность, отображающую движения робота.
Для простых задач, типа поворота влево или вправо, удалось получить близкое к 100% разделение. Более сложные задачи с тремя или несколькими вариантами выбора оказались сложными или даже неразрешимыми в рамках этого эксперимента.
Из описания понятно, что пока эта технология слишком сыра для практического применения. Сегодня она требует громоздкого оборудования для rtfMRI, и ее точность пока не пригодна ни для каких практических задач.
Однако это только начало, и можно ожидать, что управление при помощи BCI (brain-computer interfaces) будет активно развиваться и достигнет уровня практического применения довольно быстро. Сегодня помимо rtfMRI работы ведутся и над другими методами измерения активности мозга: SSVEP и волнами P300.
Однако те, кто успел посидеть за рулем советских машин, понимают, что неполного усилия одной руки отнюдь недостаточно, чтобы легко развернуть колеса. Легкость достигается лишь за счет усиления. Кстати, на советских машинах гидроусилители тоже использовались, но лишь на тяжелых грузовых, которым управлять за счет мышечной силы было бы просто невозможно.
Они стояли на ЗИЛах и КрАЗах. Сегодняшняя Техносреда о том же принципе управления механизмами, но доведенном до своего логического предела. Речь пойдет о технологиях, находящихся в ранних стадиях разработки и позволяющих управлять движениями человекоподобных роботов на расстоянии.
Прошлым летом на международной конференции в Риме с длинным названием «The Fourth IEEE RAS/EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics», посвященной биомедицинской роботехнике и биомехатронике, ученые и инженеры из Израиля и Франции выступили с интересным докладом.
В докладе «fMRI Robotic Embodiment: A Pilot Study» был описан эксперимент, в ходе которого подопытный, находившийся в израильском Реховоте, управлял движениями робота во Франции. Уникальность эксперимента в том, что команды управления снимались непосредственно с участков головного мозга подопытного.
В докладе «fMRI Robotic Embodiment: A Pilot Study» был описан эксперимент, в ходе которого подопытный, находившийся в израильском Реховоте, управлял движениями робота во Франции. Уникальность эксперимента в том, что команды управления снимались непосредственно с участков головного мозга подопытного.
Чтобы понять, как это удалось сделать, нужно объяснить, что такое
функциональная магнито-резонансная томография (фМРТ) или, как ее называют на английском, fMRI.
Во время проведения fMRI, человека помещают в специальный сканер, представляющий собой гигантский кольцеобразный магнит. Установка выглядит как большая труба, в которую задвигается койка с пациентом.
Сильное магнитное поле, создаваемое в установке, позволяет различать некоторые химические процессы в теле человека и в частности – изменения уровней содержания кислорода в тонких сосудах головного мозга. Кислородные уровни говорят достаточно достоверно об активности того или иного участка мозга.
Современные сканнеры fMRI дают разрешение в 1 мм кв. – участок мозга такого размера называется «воксель» (voxel). Сканнер фиксирует изменения кислородных уровней каждые 2-3 секунды, что позволяет говорить о фМРТ в реальном времени или rtfMRI.
Каждый воксель содержит большое количество нейронов, но и такого разрешения достаточно, чтобы разделить участки двигательной коры на районы, отвечающие за правую и левую руки, и за ноги.
Более того, сигналы, полученные сканером, удается расшифровать как то или иное движение, «задуманное» подопытным. Человека, при этом, просят представить, как он двигает рукой или ногой, и анализируют при этом происходящие изменения в мозге.
В рамках израильско-французского эксперимента сначала были записаны сигналы сканера, соответствующие левым и правым конечностям.
Затем они были обработаны программным пакетом Turbo BrainVoyager. После этого началась активная часть эксперимента.
Роботу HOAP3, находившемуся в помещении, были поставлены разные задачи – например, обойти два препятствия «восьмеркой», найти предмет и просто передвигаться по комнате. Сигналы запускали поворот влево или вправо, или несколько шагов вперед.
Подопытные при этом пытались представлять разные движения рукой, чтобы оптимизировать верность команд. Они видели либо робота, либо виртуальную реальность, отображающую движения робота.
Для простых задач, типа поворота влево или вправо, удалось получить близкое к 100% разделение. Более сложные задачи с тремя или несколькими вариантами выбора оказались сложными или даже неразрешимыми в рамках этого эксперимента.
Из описания понятно, что пока эта технология слишком сыра для практического применения. Сегодня она требует громоздкого оборудования для rtfMRI, и ее точность пока не пригодна ни для каких практических задач.
Однако это только начало, и можно ожидать, что управление при помощи BCI (brain-computer interfaces) будет активно развиваться и достигнет уровня практического применения довольно быстро. Сегодня помимо rtfMRI работы ведутся и над другими методами измерения активности мозга: SSVEP и волнами P300.
