Инвалидное кресло, управляемое силой мысли

Заветная мечта человека с заболеваниями опорно-двигательного аппарата — роботизированное инвалидное кресло, как у Стивена Хокинга. Однако высокая цена коляски заставляет передумать. Тем не менее руководитель лаборатории «Робототехника» НИЯУ МИФИ Евгений Чепин считает, что, если не говорить о сложной системе ввода голосовой информации, задача создать инвалидную коляску, управляемую силой мысли, достижима. Сигналы мозга, речь и жесты сделают возможным интеллектуальное управление. Профессор Чепин рассказывает, что изначально исследования были направлены на нужды людей с частичной утратой функций опорно-двигательного аппарата и повреждениями нижних конечностей, а также полностью парализованных, которые не могут использовать управление джойстиком. Было реконструировано кресло Титан LY-103-120, на него установили систему компьютерного контроля. Пользователь управляет коляской с помощью шлема с нейрокомпьютерным интерфейсом (BCI), голосом, мимикой и жестами. Пользователь может использовать как минимум один из режимов работы, зачем нужны три? К тому же, как добиться того, чтобы эти функции не мешали друг другу? Руководитель проекта Глеб Урванов объясняет, что три режима повышают точность управления и отзывчивость системы. Например, кресло двигается вперед или назад, считывая сигналы коры головного мозга, а поворачивает по жесту руки. У всех трех способов управления равнозначное значение, и они связаны между собой, ни у одного из них нет приоритета. В случае, если поступает противоречивый сигнал, система сама решает, какая команда соответствует намерению пользователя. Таким образом, ключевой вопрос исследовательского проекта — алгоритм, который отвечает за выбор корректной инструкции из трех возможных. Модульный дизайн и функция обучения создадут индивидуальную систему для каждого пользователя. Глеб уверен, что в будущем во время практического применения системы получится отдельно настраивать режимы работы для каждого оператора, оставить единственный способ управления или несколько. Вне зависимости от того, какой из способов выберет пользователь, они будут работать на одном и том же программном обеспечении. В любой из комбинаций способов подачи команд важная роль остается за управлением с помощью мозга. Голосовое управление объединяет функции распознавания речи и обратной связи для стабильности работы и во избежание реакции на посторонние сигналы. Этот компонент ПО с открытым исходным кодом написан на языке программирования Java. Модуль ПО, отвечающий за распознавание жестов, — на C#. В память прибора внесен набор 2D и 3D-движений, но также можно создать личный набор жестовых команд. У пользователей разные двигательные возможности, поэтому система понимает и движения всей рукой от плеча или кистью, и легкое шевеление кониками пальцев. Моторные сигналы мозга каждого индивидуальны, поэтому обязательна калибровка прибора перед использованием — для того чтобы повысить точность управления и достоверно распознавать команды. Модульный дизайн и функция обучения ПО на практике сократит время на разработку и отладку индивидуальной системы для каждой инвалидной коляски, существенно снизятся и затраты на конструирование и производство. По предварительным расчетам, после запуска массового производства розничная стоимость операционной системы удастся удерживать в пределах 5-10 тысяч долларов США. Оценка психологического состояния и удаленное управление гарантируют безопасность оператора. Однин из главных вопросов проекта Евгений Чепин видит в безопасности управляемого силой мысли кресла. Впоследствии операционная система сможет в режиме реального времени следить за психофизическим состоянием пользователя и в момент подачи команды понимать характер эмоций: позитивный, негативный или нейтральный. Если распоряжение отдано в плохом настроении, система понизит степень доверия сигналу, вплоть до полной его блокировки. В будущем будет создан центр дистанционного управления такими креслами. Протоколы UPD передадут данные мониторингов колясок на сервер, и в опасных ситуациях дистанционное управление заменит пользовательское. Профессор Чепин говорит, что по плану в 2016 году проект «Кресло» завершит проектирование цифровой модели. Затем ее используют, чтобы накопить «большие данные» по всем трем способам управления. С помощью анализа больших данных постепенно улучшат точность распознавания команд и психофизического состояния пациента-оператора. В течение следующих 6-12 месяцев пациентов специализированных медицинских учреждений пригласят испытать кресло в жизни, после чего доработают конструкцию. Последний шаг — сертификация устройства и разрешение на производство. Если получится реализовать проект инвалидного кресла с мозго-машинным управлением, исследовательская группа изучит потенциал применений такого управления и других аппаратов для людей с ограничениями подвижности.