Создана технология управления экзоскелетом силой мысли

Исследователи из Корейского института и Берлинского технологического университета сумели разработать асинхронную систему управления экзоскелетом нижних конечностей силой мысли. 18 Август 2015, 18:11
Результаты их работы опубликованы в Journal of Neural Engineering. Созданное ими оборудование позволяет человеку управлять пятью простыми движениями экзоскелета: вперед, влево, вправо, сесть и встать. При этом задержки в системе управления пока составляют 3,28 +/- 1,82 секунды в зависимости от выполняемого действия.
Оборудование состоит из интерфейса «мозг-машина», крестовины с пятью светодиодами и электроэнцефалографа. Каждый из светодиодов на крестовине мигает с заданной частотой, которая для движения прямо, например, составляет девять герц, а для поворота направо — 15 герц. При концентрации внимания на одном из светодиодов в коре головного мозга возникают биологические потенциалы. Электроэнцефалограф снимает устоявшиеся зрительные вызванные потенциалы и передает сигнал на интерфейс «мозг-машина».
Обучение   интерфейса «мозг-машина»Кадр: Klaus Muller / YouTube
В интерфейсе уже происходит распознавание сигнала и передача команд управления экзоскелету. В зависимости от частоты мигания светодиода меняются и показания электроэнцефалографа. При этом именно благодаря малой частоте мигания светодиодов и чтению устоявшегося зрительного вызванного потенциала достигается высокий процент верного распознавания сигнала. Этот процент составляет 91,3 +/- 5.73. Испытания системы управления экзоскелетом проводились на полностью здоровом человеке.


Сигнал электроэнцефалографа в покое и при движении вперед.
Иллюстрация: No-Sang Kwak, Klaus-Robert Müller, Seong-Whan Lee / Journal of Neural Engineering
По данным исследователей, наибольшую сложность представляет выделение и распознавание конкретного сигнала в сложной системе. В частности, при активации экзоскелета в сетях обмена данными возникают паразитные шумы, в которых сигнал с электроэнцефалографа может затеряться. Отчасти отсеять паразитные шумы можно уменьшением частоты мигания светодиодов. При этом увеличивается время реакции системы и утомляемость оператора экзоскелета. Повышение частоты увеличивает точность управления, но приводит к потере сигнала в шуме.

В ближайшее время исследователи намерены доработать интерфейс «мозг-машина», в частности, улучшив соединения на подвижных стыках. Кроме того, планируется доработать и алгоритм распознавания сигнала, который может искажаться, например, при кратковременном отводе глаз от светодиода. В перспективе испытания планируется проводить на людях, страдающих от бокового амиотрофического склероза, или пациентах с повреждениями спинного мозга, не способных двигать нижними конечностями.
Разработка от ОПК открывает новые возможности в области протезирования и реабилитации