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Integrando sensori di prossimità e pressione in una mano bionica commerciale, e poi addestrando una rete neurale artificiale sulle posture di afferra, i ricercatori hanno sviluppato un approccio autonomo che assomiglia di più al modo naturale e intuitivo in cui afferriamo gli oggetti.
Che tu stia cercando di prendere una tazza, una matita o la mano di qualcuno, non devi indicare consapevolmente a ciascuna delle tue dita dove andare per avere una presa corretta.
La perdita di questa capacità intrinseca è una delle tante sfide che le persone con braccia e mani protesici affrontano.
Anche con le protesi robotiche più avanzate, queste attività quotidiane comportano un ulteriore peso cognitivo, poiché gli utenti aprono e chiudono intenzionalmente le dita attorno a un bersaglio.
I ricercatori dell’Università dello Utah stanno ora utilizzando l’intelligenza artificiale per risolvere questo problema.
Integrando sensori di prossimità e pressione in una mano bionica commerciale, e poi addestrando una rete neurale artificiale sulle posture di afferra, i ricercatori hanno sviluppato un approccio autonomo che assomiglia di più al modo naturale e intuitivo in cui afferriamo gli oggetti.
Lavorando in tandem con l’intelligenza artificiale, i partecipanti allo studio hanno dimostrato maggiore sicurezza della presa, maggiore precisione e meno sforzo mentale.
Fondamentalmente, i partecipanti sono stati in grado di svolgere numerose attività quotidiane, come raccogliere piccoli oggetti e sollevare una tazza, utilizzando diversi stili di impugnazione, tutto senza un allenamento o pratica approfonditi.
Lo studio è stato guidato dal professore di ingegneria Jacob A. George e da Marshall Trout, ricercatore post-dottorato presso il Laboratorio di NeuroRobotica dello Utah, e sarà pubblicato martedì sulla rivista Nature Communications.
“Per quanto diventino realistici i bracci bionici, controllarli non è ancora facile né intuitivo,” disse Trout. “Quasi la metà di tutti gli utenti abbandonerà la protesi, spesso citando i loro scarsi controlli e il carico cognitivo.”
Un problema è che la maggior parte delle braccia e mani bioniche commerciali non ha modo di replicare il senso del tatto che normalmente ci dà modi intuitivi e riflessivi di afferrare gli oggetti.
La destrezza non è però solo una questione di feedback sensoriale.
Abbiamo anche modelli subconsci nel nostro cervello che simulano e anticipano le interazioni mano-oggetto;
Una mano “intelligente” dovrebbe anche imparare queste risposte automatiche nel tempo.
I ricercatori dello Utah hanno affrontato il primo problema dotando una mano artificiale, prodotta da TASKA Prosthetics, con punte delle dita personalizzate.
Oltre a rilevare la pressione, queste punte delle dita erano dotate di sensori ottici di prossimità progettati per replicare il massimo senso del tatto.
Le dita potevano rilevare, ad esempio, una pallina di cotone praticamente senza peso che veniva lasciata cadere su di esse.
Per il secondo problema, hanno addestrato un modello di rete neurale artificiale sui dati di prossimità in modo che le dita si muovessero naturalmente alla distanza esatta necessaria per formare una presa perfetta dell’oggetto.
Poiché ogni dito ha il proprio sensore e può “vedere” davanti a sé, ogni dito lavora in parallelo per formare una presa perfetta e stabile su qualsiasi oggetto.
Ma un problema rimaneva. E se l’utente non avesse intenzione di afferrare l’oggetto in quel modo esatto? E se, per esempio, volessero aprire la mano per far cadere l’oggetto?
Per affrontare questo ultimo elemento del puzzle, i ricercatori hanno creato un approccio bioispirato che prevede la condivisione del controllo tra l’utente e l’agente IA.
Il successo dell’approccio si basava sul trovare il giusto equilibrio tra il controllo umano e quello della macchina.
“Quello che non vogliamo è che l’utilizzatore combatta la macchina per il controllo. Al contrario, qui la macchina ha migliorato la precisione dell’utente rendendo anche i compiti più semplici,” ha detto Trout.
“In sostanza, la macchina ha aumentato il loro controllo naturale affinché potessero completare i compiti senza doverci pensare.”
I ricercatori hanno inoltre condotto studi con quattro partecipanti le cui amputazioni si trovano tra gomito e polso.
Oltre a migliorare le prestazioni nei compiti standardizzati, hanno anche provato molteplici attività quotidiane che richiedevano il controllo motorio fine.
Compiti semplici, come bere da un bicchiere di plastica, possono essere incredibilmente difficili per un amputato; Se premi troppo piano, lo lasci cadere, ma se premi troppo forte lo rompi.
“Aggiungendo un po’ di intelligenza artificiale, siamo riusciti a scaricare questo aspetto della presa sulla protesi stessa,” disse George. “Il risultato finale è un controllo più intuitivo e più abile, che permette a compiti semplici di tornare semplici.”
“Il team di studio sta anche esplorando interfacce neurali impiantate che permettono agli individui di controllare le protesi con la mente e persino di ottenere una sensazione di contatto che ritorna da questa situazione,” ha detto George.
“I prossimi passi, il team prevede di fondere queste tecnologie, affinché i loro sensori potenziati possano migliorare la funzione tattile e la protesi intelligente possa fondersi perfettamente con il controllo basato sul pensiero.”
