Den første robotarm fungerer uden hjerneimplantat
De første eksperimenter fra forskere, der bruger en ikke-invasiv, high-fidelity-grænseflade til at kontrollere en robotarm, har været vellykkede. I fremtiden sigter forskerne mod at perfektionere teknologien for at gøre den mere tilgængelig.
Robotarme og andre robotinstrumenter kan lyde som en futuristisk udvikling, men de har eksisteret i årevis og har hjulpet både kirurger og ingeniører.
Mindre almindelig er dog protetiske, robotarme, der gør det muligt for mennesker, der har mistet en lem, at genvinde bevægelsesfriheden.
En mand fra Florida skabte overskrifterne i 2018 efter at have modtaget en modulær protetisk lem - en robotarm til erstatning for den arm, han mistede i 2007 på grund af kræft.
Manden kan kontrollere sin robotarm takket være en "omdirigering" af visse nerveender, men indtil videre er denne protese - udviklet af forskere fra Johns Hopkins University i Baltimore, MD - ikke tilgængelig for andre mennesker, der muligvis også har brug for det.
Et andet projekt - fra University of Chicago i Illinois - har testet prototype protesearme på rhesus macaque aber. Dyrene er alle redninger med amputationer i lemmer på grund af alvorlige skader, og de er i stand til at kontrollere deres proteselemmer takket være specielle hjerneimplantater.
Nu har forskere fra Carnegie Mellon University i Pittsburgh, PA og University of Minnesota i Minneapolis for første gang formået at bruge en ikke-invasiv hjerne-computer-interface til at kontrollere en robotarm. Forskerne rapporterer deres succes i et studieoplæg, der vises i tidsskriftet Videnskab Robotics.
Meget forbedret teknologi
Prof. Bin He, fra Carnegie Mellon, leder forskergruppen, der brugte en grænseflade, der ikke kræver et hjerneimplantat - som er en invasiv procedure - til at koordinere bevægelserne i en robotarm.
Prof.Han og hans kolleger ønsker at udvikle en ikke-invasiv metode til at forbinde hjernen med fleksibel protese, fordi indsættelse af hjerneimplantater ikke kun har brug for høj kirurgisk dygtighed og præcision, men også en masse penge, da implantater er dyre. Desuden kommer hjerneimplantater med en række sundhedsrisici, herunder infektion.
Alle disse aspekter har bidraget til det lave antal mennesker, der modtager robotprotetik, så forskerne ved Carnegie Mellon og University of Minnesota har forsøgt at vende bordene ved at udvikle en ikke-invasiv teknologi.
Alligevel er der mange udfordringer i at gøre dette, især det faktum, at tidligere hjerne-computer-grænseflader ikke er i stand til at afkode neurale signaler fra hjernen pålideligt og derfor ikke kan kontrollere robotlemmer jævnt i realtid.
”Der har været store fremskridt inden for hjernestyrede robotapparater ved hjælp af hjerneimplantater. Det er fremragende videnskab, ”bemærker prof. He og kommenterer tidligere trin i retning af at finde en“ pålidelig ”teknologi.
”Men ikke-invasiv er det ultimative mål. Fremskridt inden for neural afkodning og den praktiske anvendelse af ikke-invasiv robotarmkontrol vil have store konsekvenser for den eventuelle udvikling af ikke-invasiv neurorobotics, ”tilføjer han.
I deres nuværende projekt brugte prof. Han og team specialiserede sensing- og maskinindlæringsteknikker til at "opbygge" en pålidelig "forbindelse" mellem hjernen og en robotarm.
Holdets ikke-invasive hjerne-computer-interface afkodede med succes neurale signaler, så en person for første gang kunne styre en robotarm i realtid og instruerede den i kontinuerligt og jævnt at følge en markørs bevægelser på en skærm.
Prof. He og kolleger viste, at deres tilgang - som omfattede en større mængde brugeruddannelse samt en forbedret "oversættelsesmetode" for neuralt signal - forbedrede hjernecomputergrænsefladeindlæring med ca. 60%. Det forbedrede også robotarmens kontinuerlige sporing af markøren med over 500%.
Indtil videre har forskerne testet deres innovative teknologi i samarbejde med 68 funktionsdygtige deltagere, der deltog i op til 10 sessioner hver. Succesen med disse indledende forsøg har gjort forskerne håbefulde om, at de til sidst vil være i stand til at bringe denne teknologi til de personer, der har brug for den.
"På trods af tekniske udfordringer ved hjælp af ikke-invasive signaler, er vi fuldt ud forpligtet til at bringe denne sikre og økonomiske teknologi til folk, der kan drage fordel af den," siger professor He.
"Dette arbejde repræsenterer et vigtigt skridt i ikke-invasive hjerne-computer-grænseflader, en teknologi, der en dag kan blive en gennemgribende hjælpende teknologi, der hjælper alle, som smartphones."
Prof. Bin He
