Sorodne vsebine
- Ta bionska obleka je lahko prihodnost protetike
Inženir na univerzi v Houstonu Jose Contreras-Vidal izvaja nekaj futurističnih raziskav, bolj neznanskih kot znanstvenofantastičnih. Razvil je vmesnik »možgan-stroj« za razlago možganskih signalov in njihovo spreminjanje v gibanje. S tem vmesnikom je ustvaril bionično roko in računalniški avatar, ki ga nadzira uporabnikov um.
Toda središče njegovega dela je miselno nadzorovan eksoskelet, ki pomaga paraliziranim ljudem hoditi. V zadnjih nekaj letih Contreras-Vidal sodeluje z eksoskeletom spodnjega dela telesa REX, ki ga je razvil novozelandski REX Bionics. Z eksoskeletom je mogoče upravljati z krmilno palico. Toda Contreras-Vidal in njegova ekipa so na novo opremili različico, ki bi jo lahko uporabljali s svojim vmesnikom možganov in strojev. Uporabnik eksoskeleta nosi pokrov elektrode s senzorji na lasišču, ki berejo električno aktivnost v možganih. Algoritem, ki sta ga razvila Contreras-Vidal in njegova ekipa, "razlaga" možganske informacije in jih prevaja v gibanje eksoskeleta. Z drugimi besedami, uporabnik misli "premakni se, levo koleno", algoritem pa ga spremeni v akcijo. To lahko ustvari sorazmerno hitre premike, saj tudi pri neškodovanih ljudeh traja le del sekunde, da informacije potujejo od možganov do telesa.
"Kadar koli načrtujemo gibanje, so informacije tam, preden dejansko vidimo gibanje, " pravi Contreras-Vidal.
Številni raziskovalci so skozi leta pomagali paraliziranim ljudem, da se premikajo z uporabo elektrod, ki so implantirane v možgane. Sistem patentnih postopkov Contreras-Vidal je drugačen, ker je neinvaziven - uporabniki pokrov elektrode vklopijo in izklopijo po volji. To je še posebej koristno pri bolnikih, ki bodo eksoskelet potrebovali le začasno, kot so žrtve kapi, ki bi eksoskelet lahko uporabili za ponovno pridobitev sposobnosti hoje, nato pa se učijo hoditi brez pomoči. (Ekipa pod brazilskim vodstvom je razvila neinvazivni eksoskelet pod nadzorom možganov, da bi paraplegikom omogočila začetek svetovnega prvenstva 2014; obleka pa uporabniku ni dovolila, da bi hodil brez pomoči).
Miseljsko nadzorovan eksoskelet je rezultat večletnega dela na dekodiranju možganskega jezika. Na Univerzi v Houstonu Contreras-Vidal vodi laboratorij za neinvazivne vmesniške sisteme možganov in strojev, ki zaposluje ekipo inženirjev, nevroznanstvenikov, zdravnikov, računalniških strokovnjakov in celo umetnikov. Pred Houstonom je vodil Laboratorij za nevralno inženirstvo in pametno protetiko na univerzi v Marylandu, kjer je delal na razvoju protetike pod nadzorom možganov. Algoritmi, ki se uporabljajo za prevajanje misli v gibanje, se nenehno izboljšujejo, pravi Contreras-Vidal v tem, kar opisuje kot "ustvarjalni proces."
Trenutno njegov laboratorij deluje na več projektih z uporabo vmesnika možgan-stroj. En projekt obravnava razvoj nevro-motorike pri otrocih, ki uporabljajo pokrov z elektrodo; ekipa upa, da bo lahko boljše razumevanje tega procesa sčasoma pomagalo otrokom z nevrološkimi motnjami v razvoju, kot je avtizem. Drug želi razumeti, kaj se zgodi v možganih, ko ljudje doživijo umetnost in muzealij opremijo z elektrodnim pokrovčkom, ko gledajo umetniško postavitev.
Eksoskelet pod nadzorom možganov trenutno poteka v preskušanjih. Uporabljen je že v številnih resničnih scenarijih; britanski štirikolesnik je pred kratkim hodil po eksoskeletu na konferenci v Italiji.
Contreras-Vidal in več njegovih študentov bodo demonstrirali eksoskelet na prihajajočem festivalu inovacij Smithsonian. Festival, sodelovanje med Smithsonian institucijo in ameriškim uradom za patente in blagovne znamke, se dogaja 26. in 27. septembra v Nacionalnem muzeju ameriške zgodovine.
"Zelo smo navdušeni nad odhodom na Smithsonian, ker menim, da se morajo znanstveniki pogovarjati z javnostjo, zlasti z otroki, " pravi Contreras-Vidal. "Treba jih je izpostaviti tovrstni tehnologiji, da vidijo, da gre res za ustvarjanje in inovacije."
Kot da robotkom podoben eksoskelet ni dovolj impresiven za otroke in druge obiskovalce festivalov, bo Contreras-Vidal s svojo ekipo obiskovalcem omogočil ogled lastnih možganskih valov na zaslonu z nanosom pokrovčkov elektrode. Contreras-Vidal opisuje uvajanje v možganske valove človeka kot "poslušanje nevrosimfonije."
"Rad vidim možgane kot simfonijo, kjer so vsa glavna področja del ansambla in vsak igralec v tem ansamblu je odgovoren za nek vidik svojega vedenja, " pravi. "Za predvajanje te glasbe se morajo uskladiti."
Plesalka Becky Valls nastopa z elektronsko kapico Contreras-Vidal (Univerza v Houstonu) Prekrivanje umetnosti in znanosti je pomemben del Contreras-Vidalovega dela. V preteklosti je povezoval umetnike, da bi pokukal v njihove ustvarjalne procese. V zadnjem času sodeluje s plesalci. V projektu, imenovanem Your Brain on Dance, je plesalce opremil z pokrovčki z elektrodo in prikazane možganske valove prikazal na zaslonu med izvajanjem. Verjame, da bi lahko končno takšno raziskovanje nevronske osnove gibanja pripeljalo do novega razumevanja Parkinsonove in drugih možganskih bolezni.
Na festivalu inovacij bodo obiskovalce pogostili s takšno plesno predstavo.
"Znanstveniki se lahko veliko naučimo iz umetnosti in obratno, " pravi Contreras-Vidal. "Upam, da bo to ujelo domišljijo ljudi, še posebej otrok."
Festival inovacij bo potekal 26. in 27. septembra v Nacionalnem muzeju ameriške zgodovine med 10. in 17. uro. Na dogodku v organizaciji Smithsonian Institution in ameriškega urada za patente in blagovne znamke bodo predstavljeni primeri ameriške iznajdljivosti, ki jih je razvila neodvisna izumitelji, akademske ustanove, korporacije in vladne agencije.
