Почему мягкому роботу нужен высокий IQ, чтобы трудиться физиотерапевтом?

Роботы Умные машины
автор: Михаил Ваннах  29 января 2014

В предыдущей колонке («Реальные угрозы от реальных роботов») мы выяснили, что тот ущерб, который железные работники могут причинить человеку, вызван не «умными машинами», а глупыми недисциплинированными людьми. Но ни малейшей надежды на то, что люди вдруг изменят свою природу и станут вести себя осторожнее, нет. Да и трудно предположить, какая осторожность может спасти пенсионерку от падения на внезапно оледеневших улицах города. Так что травмы — скажем, голеностопа — придётся лечить, в том числе и с помощью физиотерапевтических процедур. В чем могут помочь роботы-физиотерапевты…

И вот сейчас в Университете Карнеги — Меллона разработан исключительно интересный роботизированный терапевтический робот. Точнее всего его можно отнести к экзоскелетам. Он не протез, не заменяет отсутствующий орган, а работает параллельно с ним. Главная конструктивная особенность его состоит в том, что он — мягкий. Изготовлен из мягкой пластмассы и искусственной кожи, приводится в действие пневматическими искусственными мышцами… Поэтому он более комфортен для ношения и даёт больше шансов восстановить нормальную работу поддерживаемого органа.

Жёсткие экзоскелеты для физиотерапевтических целей известны довольно давно. Идея помочь повреждённым суставам и неработающим мышцам с помощью наружно надетого механизма кажется достаточно очевидной. От века для этих целей употреблялись костыли и «ходунки». И, естественно, развитие электротехники и электроники привело к мысли «одушевить» такие устройства, снабдить их приводами и системами управления, чтобы инвалиды могли хотя бы частично вернуться к активной жизни.

Одним из наиболее известных изделий такого рода является силовой экзоскелет (powered exoskeleton) ReWalk, созданный израильской фирмой Argo Medical Technologies. Его разработчик Амит Гоффер, являясь инвалидом более десяти лет, приложил немало сил для того, чтобы довести устройство до коммерческого использования. Цель ReWalk ясна из его названия «Ходить снова»: помочь параплегикам — людям, страдающим параличом нижних конечностей, — снова начать ходить. Помочь им встать из инвалидного кресла, к которому они были прикованы. Часто — десятилетиями…

ReWalk от Argo Medical Technologies

ReWalk от Argo Medical Technologies.

Надевается ReWalk на нижние конечности и пояс, аккумуляторы — энергии в которых хватает на четыре часа — находятся в рюкзачке. Система управления начинает работать, когда пациент наклоняется вперёд и пытается переставить костыли (как видим, о применении церебральных биотоков в доведённых до рыночного применения образцах речи пока не идёт). Посмотреть на использование экзоскелета можно здесь. Неуклюже? Но альтернативой была коляска, из которой экзоскелет извлёк — скажем, проведшего в ней двадцать лет тяжелораненого десантника ЦАХАЛ, позволив ему ходить и управлять машиной.

Причём для продвижения своего изделия в массы Argo Medical Technologies пользуется очень интересными приёмами, которые стоит запомнить не только маркетологам, но и всем инноваторам, и предпринимателям, и инженерам. Что прибор прошёл клинические испытания в филадельфийском госпитале MossRehab — понятно: без этого на североамериканский медицинский рынок не попасть. Но создатели сумели «драматизировать» идею — 8 мая 2012 года парализованная британка Клэр Ломас (Claire Lomas) финишировала на дистанции Лондонского марафона.

Клэр Ломас финиширует на Лондонском марафоне, используя ReWalk

Клэр Ломас финиширует на Лондонском марафоне, используя ReWalk.

Правда, идти ей по дистанции пришлось семнадцать дней. И использовала она для этого экзоскелет ReWalk в его физиотерапевтической, созданной для применения в медицинских учреждениях, под надзором врача, версии. Но победа над болезнью для наездницы, пять лет прикованной к креслу после травмы на скачках, была символичной. (Напомним, что островитяне, у которых всё не как у людей, День Победы празднуют 8 мая…) После чего Клэр стала первым человеком, которому разрешили забрать экзоскелет домой. Ныне же на рынке представлена и версия ReWalk P, предназначенная для домашнего, персонального использования.

Но почему изначальная версия ReWalk, ныне поставляемая как ReWalk I, требовала наблюдения физиотерапевта? Да по очень простой причине… Дело в том, что, разгружая мышцы, принимая на себя достающуюся им нагрузку, жёсткий силовой скелет их одновременно расслабляет, лишает нагрузки. В результате чего они делаются ещё слабее. В больничных условиях это можно компенсировать курсом физиотерапевтических упражнений. В домашних… Ну, очень дисциплинированный больной с большой силой воли может их проделывать и сам.

И то, что нынешние версии экзоскелета, поставляющиеся с прошлого года ReWalk Rehabilitation 2.0, стали точнее подгоняться по размеру и оснащены более совершенным программным обеспечением, эту проблему не снимает. Жёсткий каркас остаётся жёстким каркасом… С неизбежным плохим согласованием с мягким человеческим телом и вышеуказанными проблемами. И вот за решение этой проблемы взялся робототехник из Университета Карнеги — Меллона доцент (assistant professor) Юн-Ле Пхарк (Yong-Lae Park).

Во взаимодействии со специалистами Гарвардского университета, Массачусетского технологического института, Южно-Калифорнийского университета и фирмы BioSensics он создал «медицинского носимого робота», физиотерапевтический протез голеностопа. Как мы видим из представленной Университетом Карнеги — Меллона картинки, при его разработке использовались методы бионики («Вернём бионику»), инженеров вдохновляла живая природа, выработанное эволюцией устройство того самого голеностопа, которому взялись помогать.

При создании мягкого физиотерапевтического экзоскелета инженеров вдохновляла природа

При создании мягкого физиотерапевтического экзоскелета инженеров вдохновляла природа.

Главная проблема жёстких экзоскелетов та же, что и у традиционных роботов. Недостаточная гибкость. Ведь у промроботов как? Один шпиндель, одна степень свободы… А человеческий голеностоп — гибкий: отвлекитесь от чтения, покрутите ногой! Так что Пхарк и попытался сымитировать работу голеностопного сустава. Для приведения в действие были установлены четыре пневматических искусственных мышцы (pneumatic artificial muscles, PAMs), три (видимых на картинке) соответствуют мышцам передней стороны ноги, невидимая расположена сзади (какие они там — больше- и малоберцовые, разгибатели пальцев и т. п. — медики могут любезно указать в комментариях).

Дальше движения растаскиваются по материалу мягкого экзоскелета с помощью искусственных сухожилий. «Нервами», естественно, работают электрические провода. А вот датчики, говорящие о текущем положении искусственного протеза, очень интересны и высокотехнологичны. Они интегрированы в искусственную кожу и представляют собой тонкие листки резины, которые пронизаны сетью микроканалов, заполненных находящимся в жидком состоянии металлическим сплавом. При растяжении листков или нажатии на них деформация каналов вызывает изменение электрического сопротивления, которое и измеряется системой управления.

И вот в ней-то, в системе управления, и есть главная сложность! Зачем понадобилась мягкость (говоря по-инженерному, а не по-медицински)? Чтобы обеспечить больше степеней свободы. А больше степеней свободы означает, что осуществляется управление объектом, описываемым фазовым пространством с большей размерностью («Железо, белок и кремний»). Плюс — роботизированный экзопротез гибкий. Это говорит о том, что описывающие его уравнения будут существенно нелинейными. То есть необходимо в реальном масштабе времени решать очень сложную задачу.

Помочь восстановить двигательные функции одного-единственного сустава для человека, страдающего церебральным параличом, боковым амиотрофическим склерозом, склерозом рассеянным или инсультом (надеюсь, медики глянут, правильно ли я перевёл английские термины), оказывается много сложнее, чем спроектировать межконтинентальную ракету и боеголовку для неё. Вычислительных ресурсов больше понадобится для излечения одного, чем для того, чтобы испепелить миллионы. Но вот сейчас ИТ оказываются способны справиться с решением первой задачи.

Зря, что ли, миллиардным тиражом производятся смартфоны, с гигафлопсной мощностью процессоров?.. Так что управление налажено с приемлемым качеством; ролик здесь. Считается, что для массового внедрения необходимо повысить износостойкость и создать более компактные, уплощённого сечения, пневматические искусственные мышцы. Только тогда устройство пойдёт в больницы и к пациентам. Но прецедент создания мягкого робота с высоким IQ, с большим числом степеней свободы уже налицо!

Поделиться
Поделиться
Tweet
Google
 
Читайте также
Муниципалитеты против Uber, Uber против муниципалитетов
Муниципалитеты против Uber, Uber против муниципалитетов
Как бдительный робот может создать проблемы добропорядочному гражданину
Как бдительный робот может создать проблемы добропорядочному гражданину
3D-печать начала ценовую революцию в строительстве?
3D-печать начала ценовую революцию в строительстве?
  • greensabaking

    Ну вот! А говорили, что нечего посчитать новыми процессорами.
    Даёшь АРМ на каждое мышечное волокно!

    • пМВ

      Тут штука почище ARM — http://www.pnas.org/content/early/2014/01/23/1323818111.abstract
      Размером меньше нервной клетки, и, похоже, масштабируемая…

      • Инженер

        Да, а почему вместо искусственных мышц не используют мышцы пациента, стимулируя их через накладные электроды? Не кидайте тапками, если сморозил глупость — прлосто вспомнил рекламу миостимуляторов для пресса — там кубики так эффектно дергаются… А еще была реклама, где женщины ягодицы накачивали — так это вообще почти готовый узел ткакого экзоскелета.

        • пМВ

          Я рекламу такой штуки увидел школьником — в журнале «Изобретатель-Рационализатор» за 1973 год. Запомнил, потому что в нем же был «Искуситель» Винера.
          Дамы знакомые говорят о неэффективности этой штуки для сохранения стройности — шведская стенка и недетского веса гантели (хоть и обрезиненные) предпочтительней.

          А почему — надо б медика спросить,, может кто заглянет???

  • M1

    Автор, испепелить миллионы в миллионы раз важнее, чем излечить многих и многих! Вся история человеческая тому подтверждение! Как рьяно взелись за «манхеттенский» проект, и как мучительно долог путь подобных экзоскелетов, в массы!
    А потому и сложнее восстановление одного сустава, чем проектирование ракет…
    И всё же, смартфоны с гигафлопсами на борту, скорее для развлечений чем излечений…Но оставлю морали эти…Для человека измождённого параличём — это великий дар, то что Вы описываете! А уж слепцу (при развитии глазных протезов) увидеть снова закат или восход — это поистине чудо! А если человек рождён слепым?И потому успехов этим делам!

    • пМВ

      Угу… Вон, по поводу украинских событий болельщики обеих сторон готовы душить и рвать…
      Вряд ли кто позаботится о покалеченных.

      • M1

        Вот! А разделить нужно её, нам восток (там и южмаш и т.п.) а Европе запад! Может тогда успокоятся…) Ну это — не наш метод…Видимо…:-)

        • пМВ

          Да вон ДШ, вроде, в крайне колонке не стремился под руку Белого Царя…

          • В.П.(W_P_)

            Вольному воля…
            Только и другая строна особо церемониться не будет, если что.
            «Мы к вам, профессор, и вот по какому делу»

          • M1

            А как профессор журналы покупал! :)

          • пМВ

            А с чего бы им церемониться…

          • В.П.(W_P_)

            Ну да.. А ведь многие там искренне надеются, что уж на этот раз пронесет.

          • пМВ

            С чего бы вдруг…

          • M1

            Хорошо пишет…А сколько комментов на политическую тему у него! Хотя сайт — ИТ… Когда про лягушек пишет такого не наблюдается…
            Белые, красные, главное кто денег даст…)

      • M1

        С смартфоном я поспешил (выше), вы правы. Кстати посмотрел видео — интересно. Но как то неуклюже, но: лиха беда начало…)

        • пМВ

          Слишком сложна задача — очень много ресурсов нужно, очень изощренные матмодели и алгоритмы…

          • M1

            Видимо да. При всей кажущейся простоте…

          • пМВ

            Так не простая она — эволюция ее сотни миллионов лет решала…

          • M1

            Полёт насекомого сложнейшие системы реализуют, муху-робота создали — harvard monolithic bee, реализовав сложнейшую механику движения крыльев, за несколько лет, грубо говоря…Работа стопы человека — гораздо проще с первого взгляда, но так проблемно реализуется…Хотя, может сравнение и не подходящее…

          • пМВ

            Так и там весьма нужны нейрочипы…

          • M1

            Конечно.

  • Alexey Zharikov

    Европа и Англия празднует День Победы также как и мы, по своему локальному времени. Просто в момент подписания капитуляции в Москве было уже девятое мая, а в Европе и Англии — ещё восьмое. Почему они должны праздновать день Победы по Московскому времени?

    • пМВ

      Так они еще и по встречке ездят…
      Все!

      (Правда — шутки хорошо понимают :-))

    • zZzzZzzZzzZzyzZzzZzzZzzZzzZz

      Раз у них всё так принципиально и точно как в аптеке, то пусть тогда корректируют все даты с учетом замедления вращения Земли на 1-3 сек в год.
      И Новый год пусть отмечают не в 00/00 по местному времени, а когда он в, скажем, Японии наступает — в 15/00 по этому своёму ДжиЭмТи.

  • kue

    А японы уже искуственную матку зафигачили — тут.. То ли это твердая фантатстика, то ли уже мягкая..

    • пМВ

      Фантастика — твердая…
      Это то, что реально изменяет мир!

      • В.П.(W_P_)

        Эх, знать бы еще наверняка, зачем все ЭТО мир меняет …

        • IF

          готовится к смене лидера эволюции

          • В.П.(W_P_)

            Ага, если только ОНО в нее верит))

          • IF

            «подкова помогает даже там, кто в нее не верит»

          • пМВ

            Нильс Бор, ЕМНИП…

          • пМВ

            Еськов из южноамериканской экспедиции приедет — попытаю его, кто есть лидер эволюции с точки зрения палеонтологии.
            Вот боюсь я что не мы, даже с точки зрения биологов…

          • IF

            так, наверное, как мерять

          • пМВ

            (Задумчиво)
            А как?
            Лем, Голем-Четырнадцать, рассуждающий об Эволюции…

          • IF

            ну, по числу — вирусам сливаем однозначно. а по уровню засера окружающего — обгоняем.

          • пМВ

            Надо Еськова пытать…
            Мы ведь еще не всю биосферу грохнули, но ведь все, среди чего живем, и из чего мой искусственный цветок сделан — создали прошлые биосферы?
            Цифры нужны…

          • IF

            еще не всю, но готовиться к этому надо уже сейчас. вот мир этоим и занимается, не осознавая

          • пМВ

            Да поражаешься, какие изменения произошли прямо на глазах…

          • В.П.(W_P_)

            Как нынче всем известно, вершина эволюции — суть ИИ

          • IF

            негосударственно рассуждаете! вершина — ВВ

          • В.П.(W_P_)

            Пошел крепко думать…

          • пМВ

            А ехал сейчас — на ЭМ слышал Хазина, что правительство под самого копает и рупь уронило…

          • IF

            эээ… а не уточнили — какой страны правительство?

          • пМВ

            Не скрывали — страны родимых осин…

          • В.П.(W_P_)

            Ну это даже обсуждать неудобно, по дефолту… А вообще, лучше у ЭхМузера спрашивать)) Он мысль развернет..

          • IF

            ну мало ли — происки, то-се…

          • В.П.(W_P_)

            Икнется еще не раз Олимпиада Владимировна…

          • пМВ

            Сейчас на РБК рассуждали, что благодаря падению рубля отдыхадь в Сочи станет выгоднее, чем за рубежом…

          • В.П.(W_P_)

            Вы лучше гляньте какую прелесть в одной из соседних веток Jno откопал
            http://politsovet.ru/44163-gosduma-primet-zakon-ob-obektivnoy-istine.html

          • пМВ

            Смешно…
            У нас же всячески боролись супротив антикоррупционной хартии (осуждение чиновника, если имущества у него больше, чем зарплата…) ибо объективное вменение противно презумпции невиновности…
            А тут вдруг…

          • В.П.(W_P_)

            Ну как бы получается, если эту линию дальше гнуть, вкупе с отменой состязательности, то тут тройками попахивает. Интересно, откуда ветер дует …

          • пМВ

            Как Платон писал — разборки какие-то в элитах…
            Очень штука смутная!

          • В.П.(W_P_)

            А деревянный все падать продолжает. Если Хазину верить, то все вместе оно оптимизму не добавляет. Как бы не нашлось желающих устроить отечественный майдан. Еще и олимпиада эта треклятая, как закончится — так самое интересное начнется, имхо

          • пМВ

            Хазин вчера очень откровенно болтал, с очень толстыми намеками в столь тонких обстоятельствах…
            Обидно. Людей жаль!

          • IF

            надо вот это http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D1%81_%D0%91%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D1%85%D0%B0_%E2%80%94_%D0%A2%D0%B0%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE в судебную практику ввести. собрал из одной зарплаты две. фигня вопрос — разобрал на куски, а собрал уже вдвое больше.

          • пМВ

            Да, парадокс чудесный — и ведь траву в львовском «Шотландском кафе» вряд ли подавали…
            (С надеждой)
            Абсент наверное помогал!!! :-)

          • IF

            людям, работающим всерьез с основаниями математики, стимуляторы не нужны. :)

          • пМВ

            А Львовская школа их вообще в известной степени сформировала…

          • jno

            те — по логике больше, вроде как

          • пМВ

            Банах львовчанин, а Тарский — визитер-профессором во Львове бывал, явно в Скотской кавярне ошивался…

          • jno

            просто известны львовяне (и поляки) работами по формальной логике

          • пМВ

            Польская запись и т.п.
            Но Банах еще — функциональный анализ…

          • jno

            типа

          • IF

            а это… в смысле — всех оправдать? и суд распустить? а модель не способствует…

          • Саша

            Любопытно, авторы законопроекта в ст. 123 п. 3 Конституции РФ давно заглядывали?
            А состязательность процесса еще в Судебнике 1497 года указана, о речах Кони даже далекие от юриспуденции люди наслышаны. Ну, если пять веков для них недостаточно традиционно, даже не знаю…

            «толкование неустранимых сомнений в пользу обвиняемого, может быть применена лишь в случае невозможности достижения по делу объективной истины», — шарман.

            Петр I, «Краткое изображение процессов или судебных тяжеб», 1715 год
            «Ежели челобитчик оного доказу на свое челобитье не имеет, и того ради похощет правду свою утвердить присягою, то сие принято быть не может, понеже в таком случае ответчиково отрицание таково ж, как и челобитчиково признание. А буде они принуждены будут оба присягать, и тогда более на стороне ответчиковой, нежели челобитчиковой правда быть имеет.»

            В допетровские времена уходим. Виват!

    • В.П.(W_P_)

      Искусственные мамы искусственным ребятам искусственную песню искусственно поют…

      • пМВ

        Do Androids Dream of Electric Sheep?

        • В.П.(W_P_)

          Ну дык в Оранжевой песенке и другие слова есть…
          Искусственное небо, искусственное море, искусственная зелень, искусственный верблюд ))

          • пМВ

            Искусственный цветок у меня дома живет…

          • В.П.(W_P_)

            Живет))

          • пМВ

            Зеленеет…

  • Стэн

    > ..больше степеней свободы означает, что… необходимо в реальном масштабе времени решать очень сложную задачу

    Эта точка зрения несколько устарела, см. гугл по запросу morphological computation. Вкратце — в систему управления на стадии разработки можно заложить информацию об устойчивых и неустойчивых состояниях динамической системы «робот-контроллер-среда», и осуществлять управление, переключаясь между небольшим числом состояний.

    • пМВ

      Да, очень интересный подход. Хотя управление по нему синтезируемо пока для частных случаев.

      Действительно, надо будет и о нем написать. Спасибо!

  • даша

    Я была бы рада иметь такой экзоскелет- а то уже три года нога в колене не сгибается после ДТП. Когда их пустят в продажу?

Хостинг "ИТ-ГРАД"
© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2017
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.
«Партнер Рамблера» Почта защищена сервером "СПАМОРЕЗ" Хостинг "Fornex"