Роботизированный протез обычно настраивается вручную. Инженеры тратят часы, чтобы отрегулировать каждое соединение и адаптировать его к особенностям ходьбы конкретного человека. Метод автоматической настройки протеза c помощью обучения с подкреплением позволяет человеку ходить плавно уже через 10 минут обучения.
Обучение с подкреплением
Люди проходят через сложный процесс адаптации, чтобы начать использовать роботическую конечность. Команда ученых из Университета Северной Каролины предложила использовать метод обучения с подкреплением для настройки 12 параметров робопротеза нижней конечности. В эксперименте принял участие человек с ногой, ампутированной выше колена. Новый метод существенно сократил время настройки протеза, но пока результатов удалось добиться только при хождении по ровной поверхности.
Обучение с подкреплением — метод, когда нейронная сеть тренируется самостоятельно в процессе проб и ошибок. Датчики, закрепленные на ноге, собирают информацию о движениях человека. Нейронные сети анализируют эти данные, выявляют закономерности и настраивают параметры протеза, которые определяют взаимосвязь между приложением силы и движением. Некоторые параметры могут определять жесткость коленного сустава или диапазон движения при качании ногой вперед-назад.
Ограничения
Одна из основных сложностей в разработке — отсутствие достаточного количества обучающих данных. Для сбора данных человек должен использовать протез в течение длительного времени. Однако люди, которые принимали участие в разработках лаборатории, cмогли ходить с ненастроенной роботизированной конечностью не более 20 минут без остановок. Затем им требовался отдых.
Технология пока имеет много ограничений. В дальнейшем ученые планируют сосредоточиться на обучении алгоритмов плавному управлению протезом во время подъемов и спусков. Помимо этого, важная задача — сделать разработку более автономной (сейчас протез проводной) и создать удобный интерфейс для настройки протеза в домашних условиях. Последняя задача очень сложна, потому что для этого требуются фундаментальные исследования в психологии и физиологии, а также глубокое понимание особенностей человеческой координации.
