Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Asistenční robot ovládaný prostřednictvím EEG

Zajímavým exponátem na mezinárodním veletrhu Medica v Düsseldorfu (14. až 17. listopadu 2007) byl asistenční robot řízený elektrickými signály z mozku, prezentovaný pracovníky Fraunhoferova ústavu pro architekturu počítačů a softwarovou techniku FIRST (Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik) v Berlíně. Unikátní systém pro ovládání asistenčního robota s využitím signálů z elektroencefalografu (EEG) vyvinul mezinárodní tým výzkumných pracovníků v rámci projektu Brain2Robot. Robot by měl v budoucnu pomáhat tělesně postiženým lidem v mnoha situacích plně odkázaným na pomoc druhých.
 
V demonstračním zařízení sedí postižená osoba ve stacionárním křesle a pohyb podávacího ramena robota, které je umístěno před ní, ovládá jenom činností svého mozku (obr. 1). Pomyslí-li např. na to, že zvedne levou ruku, podávací rameno robota tak učiní. Představuje-li si, že si pravou rukou podá šálek kávy, podávací rameno robota zvedne šálek kávy a podá jí ho. Podávací rameno robota tak vlastně funguje jako „inteligentní protéza“ v podobě lidské ruky. Každého přitom samozřejmě napadne otázka, jak je možné myšlenky postižené osoby přeměnit na povely pro robota?
 
Základem důmyslného řešení je speciální rozhraní mezi mozkem a počítačem (Brain Computer Interface – BCI), na jehož vývoji pracují vědečtí pracovníci Fraunhoferova ústavu FIRST a jejich zahraniční kolegové společně s neurology z nemocnice Charité v Berlíně již déle než sedm let. Při své práci využívají standardní elektroencefalograf, jaký se běžně používá pro diagnostické účely v každodenní klinické praxi. Elektrody upevněné na pokožce hlavy postižené osoby snímají elektrické signály vznikající aktivitou mozku, které se zesílí a zavádějí do počítače. Výkonné algoritmy tyto signály zpracují na bázi metody strojového učení. Speciálně navržený software je schopen rozpoznat změny v aktivitě mozku, které byly vyvolány představou a vůlí po určitém pohybu. Tímto způsobem lze např. jednoznačně identifikovat charakteristické znaky, které odpovídají myšlence na pohyb levou nebo pravou rukou, a extrahovat je ze směsice mnoha milionů nervových impulzů. Následně se tyto impulzy transformují na řídicí povely pro počítač. Určení správného směru podávacího ramena navíc podporuje systém eyetracker, jehož dvě kamery umístěné na speciálních brýlích na hlavě postižené osoby snímají směr pohledu jejích očí.
 
Podle vedoucího řešitelského týmu Dr. Florina Popescua je prvořadým cílem projektu Brain2Robot zajistit podporu lidem s nejzávažnějším tělesným postižením či ochrnutým v jejich každodenním životě a v budoucnu jim vrátit alespoň část jejich samostatnosti. Velkou předností navrženého technického řešení je, že dokáže vůli po pohybu bezprostředně přeměnit na řídicí povely pro počítač. Evropská unie zařadila projekt Brain2Robot do šestého rámcového programu pro výzkum a technický rozvoj a finančně ho podpořila včástkou asi 1,3 milionu eur. Při řešení projektu Brain2Robot je hlavní pozornost soustředěna na použití v lékařství, zejména k ovládání protéz, účelné využívání podpůrných (asistenčních) robotů nebo snazší řízení invalidních vozíků. V rámci programu Brain2Robot byl také vyvinut „mentální psací stroj“ jako speciální komunikační prostředek, který umožňuje i nejzávažněji tělesně postiženým pacientům vybírat písmena a psát texty. Uvedený asistenční robot by se mohl objevit na trhu během několika málo let.
 
Odborníci Fraunhoferovy společnosti předpokládají, že rozhraní BCI bude zajímavé a použitelné i při řešení mnoha dalších úloh mimo lékařství. S výhodou by ho jistě bylo možné využít např. v systémech pro zvýšení bezpečnosti jízdy v automobilu k důslednému monitorování chování řidiče (asistenční systémy pro řidiče) nebo při realizaci počítačových her nové generace.
Podrobnější informace lze nalézt na http://www.first.fraunhofer.de
[CORDIS focus newsletter, Dezember 2007, č. 285, s. 16.]
Kab.
 
Obr. 1. Idea asistenčního robota ovládaného prostřednictvím elektroencefalografu (zdroj: Fraunhofer FIRST)