Видение глазами робота помогает людям с глубокими нарушениями моторики

Система интерфейсов, использующая технологию дополненной реальности, может помочь людям с глубокими нарушениями моторики управлять человекоподобным роботом, чтобы кормить себя и выполнять обычные задачи по личному уходу, такие как чесание зудящих мест и нанесение лосьона на кожу. Веб-интерфейс отображает «вид с точки зрения робота» на окружающую среду, чтобы помочь пользователям взаимодействовать с миром через машину.

Система, описанная в журнале PLOS ONE , может помочь сделать сложных роботов более полезными для людей, не имеющих опыта работы со сложными роботизированными системами. Участники исследования взаимодействовали с интерфейсом робота, используя стандартные вспомогательные компьютерные технологии доступа, такие как трекеры глаз и положения головы, которые они уже постоянно использовали для управления своими персональными компьютерами.

В статье сообщается о двух исследованиях, показывающих, как такие «суррогаты роботизированного тела», способные выполнять задачи, аналогичные выполняемым людьми, могут улучшить качество жизни пользователей.

Работа может обеспечить основу для разработки более быстрых и более способных роботов-помощников. «Наши результаты показывают, что люди с глубоким двигательным дефицитом могут улучшить качество своей жизни, используя роботов-суррогатов», - сказал Филлип Грайс (PhillipGrice), недавний выпускник докторантуры Института технических наук Джорджии, первый автор статьи.

«Мы сделали первый шаг к тому, чтобы токто-то мог приобрести подходящий тип робота, иметь его у себя дома и получать от него реальную пользу». Грайс и профессорЧарли Кемп (CharlieKemp) из Отдела биомедицинской инженерии Уоллеса Х. Коултера в Технологическом институте Джорджии и Университете Эмори использовали для двух исследований мобильный манипулятор PR2, изготовленный компанией Willow Garage.

Робот на колесах имеет 20 степеней свободы, две руки и «голову», что дает ему возможность манипулировать такими предметами, как бутылки с водой, мочалки, расчески, и даже электробритва. «Наша цель - предоставить людям с ограниченными возможностями их тел доступ к роботизированным телам, чтобы они могли по-новому взаимодействовать с миром», - говорит Кемп.

Первое исследование

В своем первом исследовании Грайс и Кемп сделали PR2 доступным через Интернет для группы из 15 участников с серьезными нарушениями моторики. Участники научились управлять медицинским роботом дистанционно, используя собственное вспомогательное оборудование, чтобы управлять курсором мыши для выполнения задачи личной гигиены. Восемьдесят процентов участников смогли управлять роботом, чтобы поднять бутылку с водой и поднести ее ко рту манекена.

«По сравнению с трудоспособными людьми возможности робота ограничены», - говорит Грайс. «Но участники смогли эффективно выполнять задачи и продемонстрировали улучшение клинической оценки, которая измеряла их способность манипулировать объектами по сравнению с тем, что они могли бы сделать без робота». Во втором исследовании исследователи предоставили систему PR2 и интерфейс для Генри Эванса (Henry Evans), человека из Калифорнии, который помогает исследователям из штата Джорджия изучать и улучшать вспомогательные робототехнические системы с 2011 года.

Эванс, который имеет очень ограниченный контроль над своим телом, протестировал робота в своем доме в течение семи дней и не только выполнил задачи, но и придумал новый способ, объединяющий действие обеих рук робота одновременно - используя одну руку для управления тряпкой для мытья посуды, а другую - для использования щетки. «Система принесла мне много облегчения, так как она позволила мне самостоятельно манипулировать окружающими предметами впервые со времени моего инсульта», - сказал Эванс.

«Что касается других людей, я был взволнован, увидев, что Фил (Филипп Грайс) получил необычайно положительные результаты, объективно протестировав систему с 15 другими людьми». Исследователи были рады, что Эванс разработал новое применение робота, комбинируя движение двух рук так, которого они не ожидали. «Когда мы предоставили Генри свободныйдоступ к роботу на неделю, он нашел новые возможности для его использования, которых мы не ожидали», - сказал Грайс.

«Это важно, потому что многие вспомогательные технологии, доступные сегодня, предназначены для очень специфических целей. Генри показал, что эта система является мощной в предоставлении помощи и расширении возможностей пользователей.

Возможности для этого потенциально очень широки». Интерфейс позволил Эвансу заботиться о себе в постели в течение длительного периода времени. «Самым полезным аспектом системы интерфейсов было то, что я мог управлять роботом совершенно независимо, используя лишь небольшие движения головы, используя чрезвычайно интуитивный графический интерфейс», - сказал Эванс.

Устройство интерфейса

Веб-интерфейс показывает пользователям, как выглядит мир с камер, расположенных в голове робота. Активные элементы управления, накладываемые на вид, позволяют пользователям перемещать робота по дому или в другой среде и управлять руками и руками робота.

Например, когда пользователи перемещают голову робота, экран отображает курсор мыши в виде пары глаз, чтобы показать, куда робот будет смотреть, когда пользователь щелкает.

Нажатие на диск, окружающий роботизированные руки, позволяет пользователям выбирать движение. Во время движения робота по комнате линии, следующие за курсором на интерфейсе, указывают направление его движения.

Построение интерфейса вокруг действий простой однокнопочной мыши позволяет людям с ограниченными возможностями использовать интерфейс без длительных тренировок. «Наличие интерфейса, которым могут управлять люди с широким спектром физических нарушений, означает, что мы можем предоставить доступ широкому кругу людей, что является формой универсального дизайна», - отметил Грайс.

«Из-за своих возможностей это очень сложная система, поэтому задача, которую нам пришлось преодолеть, заключалась в том, чтобы сделать ее доступной для людей, которые имеют очень ограниченный контроль над своим телом».

Дальнейшие исследования и улучшения – еще впереди

Хотя результаты исследования продемонстрировали, что исследователи намеревались сделать, Кемп согласен с тем, что и дальнейшие улучшения могут быть сделаны. Существующая система работает медленно, и ошибки, сделанные пользователями, могут привести к значительным неудачам.

Тем не менее, он сказал: «Люди могли бы использовать эту технологию сегодня и действительно извлечь из нее пользу». Эванс предположил, что стоимость и размер PR2 должны быть значительно снижены, чтобы система была коммерчески жизнеспособной. Кемп говорит, что эти исследования указывают на новый тип вспомогательных технологий .