Den förstklassiga robotarmen fungerar utan hjärnimplantat
De första experimenten med forskare, som använder ett icke-invasivt, högkvalitativt gränssnitt för att kontrollera en robotarm, har varit framgångsrika. I framtiden syftar forskarna till att göra tekniken perfekt för att göra den mer tillgänglig.
Robotarmar och andra robotinstrument kan låta som en futuristisk utveckling, men de har funnits i flera år och har hjälpt kirurger och ingenjörer.
Mindre vanligt är dock protetiska robotar som gör det möjligt för människor som har förlorat en lem att återfå rörelsefriheten.
En man från Florida gjorde rubrikerna 2018 efter att ha fått en modulär protetisk lem - en robotarm för att ersätta armen som han förlorade 2007 på grund av cancer.
Mannen kan kontrollera sin robotarm tack vare en "omdirigering" av vissa nervändar, men hittills är denna protes - utvecklad av forskare från Johns Hopkins University i Baltimore, MD - inte tillgänglig för andra människor som också kan behöva det.
Ett annat projekt - från University of Chicago i Illinois - har testat prototypproteser på rhesus macaque apor. Djuren är alla räddningar med amputationer av lemmarna på grund av allvarliga skador, och de kan kontrollera sina proteser tack vare speciella hjärnimplantat.
Nu har forskare från Carnegie Mellon University i Pittsburgh, PA och University of Minnesota i Minneapolis lyckats för första gången använda ett icke-invasivt hjärn-datorgränssnitt för att kontrollera en robotarm. Forskarna rapporterar deras framgång i en studiepapper som visas i tidskriften Science Robotics.
Mycket förbättrad teknik
Prof. Bin He, från Carnegie Mellon, leder forskargruppen som använde ett gränssnitt som inte kräver ett hjärnimplantat - vilket är ett invasivt förfarande - för att samordna en robotarms rörelser.
Prof.Han och kollegor vill utveckla en trovärdig, icke-invasiv metod för att ansluta hjärnan och flexibel protetik eftersom insättning av hjärnimplantat inte bara behöver hög kirurgisk skicklighet och precision utan också mycket pengar, eftersom implantat är kostsamma. Dessutom kommer hjärnimplantat med ett antal hälsorisker, inklusive infektion.
Alla dessa aspekter har bidragit till det låga antalet människor som får robotproteser, så forskarna vid Carnegie Mellon och University of Minnesota har försökt vända borden genom att utveckla en icke-invasiv teknik.
Ändå finns det många utmaningar att göra detta, särskilt det faktum att tidigare hjärn-dator-gränssnitt inte kan avkoda nervsignaler från hjärnan på ett tillförlitligt sätt, och kan därför inte styra robotbenen smidigt i realtid.
”Det har skett stora framsteg i sinnesstyrda robotapparater som använder hjärnimplantat. Det är utmärkt vetenskap, konstaterar prof. He och kommenterar tidigare steg mot att hitta en "pålitlig" teknik.
”Men icke-invasivt är det yttersta målet. Framsteg inom neurologisk avkodning och den praktiska användningen av icke-invasiv robotarmkontroll kommer att få stora konsekvenser för den eventuella utvecklingen av icke-invasiva neurorobotics, ”tillägger han.
I sitt nuvarande projekt använde prof. He och team specialiserade avkännings- och maskininlärningstekniker för att "bygga upp" en pålitlig "anslutning" mellan hjärnan och en robotarm.
Teamets icke-invasiva hjärn-dator-gränssnitt avkodade framgångsrikt neuralsignaler, vilket gör att en person för första gången kan kontrollera en robotarm i realtid och instruerar den att kontinuerligt och smidigt följa markörens rörelser på en skärm.
Prof. Han och kollegor visade att deras tillvägagångssätt - som inkluderade en högre mängd utbildning av användare, samt en förbättrad "översättning" -metod för neuronsignaler - förbättrade inlärningen av hjärn-datorgränssnitt med cirka 60%. Det förbättrade också robotarmens kontinuerliga spårning av markören med över 500%.
Hittills har forskarna testat sin innovativa teknik i samarbete med 68 funktionsdugliga deltagare som deltog i upp till tio sessioner vardera. Framgången med dessa preliminära försök har gjort forskarna hoppfulla att de så småningom kommer att kunna föra denna teknik till individer som behöver den.
"Trots tekniska utmaningar med icke-invasiva signaler, är vi helt engagerade i att föra denna säkra och ekonomiska teknik till människor som kan dra nytta av den", säger professor He.
"Det här arbetet representerar ett viktigt steg i icke-invasiva hjärn-dator-gränssnitt, en teknik som en dag kan bli en genomgripande hjälpteknik som hjälper alla, som smartphones."
Prof. Bin He
