Mindwalker
(Zam: 26.10.2013 r., godz. 12.26)Przeciwdziałanie wykluczeniu i wyrównywanie szans są jednymi z kluczowych założeń Unii Europejskiej. Na tym polu podejmowanych jest bardzo dużo różnorakich działań. Jedno z nich zdumiewa śmiałością, rozmachem i celami, które są absolutnie „odjechane” z punktu widzenia tradycyjnej technokratycznej Unii. Przywodzą na myśl najbardziej śmiałe realizacje post hippisowskiego establishmentu Doliny Krzemowej.
O jaki projekt chodzi? Na początek suche fakty:
Nazwa skrócona:
MINDWALKER
Pełna nazwa projektu:
Protezy kontrolowane myślą i trening w rzeczywistości wirtualnej dla umożliwienia chodzenia
Partnerzy:
konsorcjum siedmiu ośrodków badawczych specjalizujących się w sieciach neuronowych i rzeczywistości wirtualnej
Koordynator:
Michel Ilzkovitz (Space Applications Services, Belgia)
Opiekun projektu:
Marion Le-Louarn
Finansowanie:
Komisja Europejska
Realizacja:
Program Seventh Framework
Program Roboczy:
ICT – Information and Communication Technology
Zakończenie:
31.12.2012 (przedłużenie o 5 miesięcy)
Czas trwania:
41 miesięcy
Dofinansowanie:
2 750 mln €
Celem projektu jest likwidacja wykluczeń społecznych powstałych na skutek ograniczenia poruszania się osób niepełnosprawnych. Aby osiągnąć likwidację barier na tym tle, zaprojektowano system wzmacniający niesprawne części ciała osób niepełnosprawnych, tak by mogły samodzielnie i jak najbardziej naturalnie uzyskać zdolność do codziennego poruszania się. W skład tego urządzenia, oprócz konstrukcji szkieletu zewnętrznego (egzoszkieletu), która trzyma ciało osoby niepełnosprawnej, wchodzi również specjalny kask i okulary, dzięki którym można kontrolować ruchy ciała.
W RAMACH PROJEKTU REALIZOWANE SA TRZY GŁÓWNE OBSZARY BADAWCZE:
1.Technologie BCI ( brain-computer interface) – interfejs pozwalający na bezpośrednią komunikację pomiędzy mózgiem a odpowiednim urządzeniem zewnętrznym. Celem badań nad interfejsem mózg–komputer jest usprawnienie lub naprawa ludzkich zmysłów albo czynności ruchowych. W komercyjnych celach technologia dostępna jest już np., jako zamienniki joysticków w grach symulacyjnych.
Rozwój tej technologii implikuje ważne etyczne, prawne i społeczne problemy związane z relacjami mózg–komputer. Jak choćby inwazyjność niektórych rozwiązań w układ nerwowy osoby chorej, uzyskanie świadomej zgody od osób, które mają trudności w komunikacji, stosunek ryzyka do korzyści, konsekwencje technologii BCI dla jakości życia chorych i ich rodzin, skutki uboczne, zagadnienia dotyczące osobowości i jej ewentualne zmiany, zastosowania terapeutyczne i ich możliwości przekroczenia, kwestie etyki badań, które powstają, gdy przechodzi się z doświadczeń na zwierzętach do zastosowania u ludzi, czytanie myśli i prywatność, kontrola umysłu, korzystanie z technologii w zaawansowanych technikach przesłuchań przez władze rządowe, selektywne wzmocnienie i rozwarstwienie społeczne, komunikacja z mediami.
2. Rzeczywistość wirtualna – obraz sztucznej rzeczywistości stworzony przy wykorzystaniu technologii informatycznej. Polega na multimedialnym kreowaniu komputerowej wizji przedmiotów, przestrzeni i zdarzeń. Niektóre symulacje zawierają środowisko wirtualne, w którym znajdują się wirtualne artefakty, które mogą być obsługiwane lub wchodzić w interakcje z użytkownikiem (najczęściej reprezentowanym przez awatara) przez różnego typu urządzenia wejścia–wyjścia. W niniejszym projekcie szukano rozwiązań w postaci kasków z czujnikami encefalografii. Część z tych urządzeń posiada mechanizmy wywołujące efekt zwrotny wobec użytkownika. Regularne przebywanie w środowisku wirtualnej rzeczywistości może powodować niepożądane reakcje organizmu. Stymulowanie impulsami wizualnymi 3D szczególnie przez dłuższy czas może powodować epilepsje, szczególnie, gdy doznania wzrokowe różnią się od grawitacyjnych. Ważnym aspektem pozostają również choroby stawów i kręgosłupa.
Aktualnie rzeczywistość wirtualna jest uzyskiwania głównie przez generowanie obrazów i efektów dźwiękowych. Trwają jednak intensywne prace nad stworzeniem symulacji dotyku. Realizuje je m.in. amerykańska agencja DARPA (Agencja Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych). Sfinansowała badania nad rozwojem protez, które pozwolą na odczuwanie dotyku tak jak w przypadku naturalnych kończyn. Technologia ma zostać wykorzystana w medycynie, mimo że agencja zajmuje się technologią wojskową. Grupa naukowców z Uniwersytetu w Chicago, prowadzona przez Slimana Bensmaia, przeprowadziła badania na małpach, podłączając elektrody do obszarów mózgu odpowiadających za ruch palców, aby dowiedzieć się, jaka występuje aktywność, gdy małpa dotyka lub podnosi przedmiot. Następnie naukowcy dotykali palce zwierząt urządzeniem, które powoduje nacisk oraz nagradzali je, gdy prawidłowo zidentyfikowały wzrokiem dotknięty palec. W kolejnej części badania uczeni wysyłali sztuczne sygnały do mózgów małp poprzez elektrody, a zwierzęta zachowywały się tak jak poprzednio – identyfikowały palce, które tak naprawdę nie były już dotykane. Zespół Bensmaia następnie wyćwiczył małpy, aby potrafiły rozróżnić siłę nacisku na ich palce oraz stworzył specjalny program komputerowy, aby generować ten sam rodzaj prądu elektrycznego, który prowadzi do odczucia nacisku. Również w tym przypadku zwierzęta zachowywały się tak jakby dotykały czegoś. Ostatnim celem uczonych było zbadanie sygnałów mózgu podczas dotyku. Gdy małpa trzymała przedmiot, mózg wykazywał nagły skok aktywności, który dotyczy również ściskania oraz każdego palca z osobna. Według naukowców, sygnały te mogą zostać przeprogramowane do sztucznej kończyny, które pozwolą na odczuwanie dotyku, jednak odbywałoby się to za pomocą elektrod, a nie poprzez komórki nerwowe, tak jak w przypadku naturalnych kończyn. Należy oczekiwać rozwoju tej metody także na kontynencie europejskim
3. Mechanika i kontrola egzoszkieletu. Egzoszkielet lub pancerz wspomagany – mocowana na zewnątrz ciała powłoka, której celem jest wzmocnienie siły mięśni użytkownika. Egzoszkielet może wzmacniać wszystkie partie mięśni lub tylko niektóre (np. sztuczne ramię). Poruszanie się w egzoszkielecie zależy od kilku czynników (właściwego dopasowania egzoszkieletu, odpowiedniego oprogramowania komputera sterującego, możliwości sterowania nim osoby z niego korzystającej). Za ruch urządzenia odpowiedzialny jest zazwyczaj system siłowników nadzorowany zazwyczaj poprzez sterownik w postaci komputera. Ze względu na niepełnosprawność osób, do których skierowany jest opisywany projekt w egzoszkielecie zastosowano czujniki żyroskopowe (informujące system o stanie równowagi, w jakim znajduje się dana osoba i wprowadzające do systemu ewentualne korekty mające na celu przywrócenie równowagi).
W Mindwalkerze zastosowano nowe, inteligentne czujniki encefalografii wykonane w suchej technologii. Są one przystosowane do stworzenia lekkiego kasku do codziennego użycia. Novell zaproponował eksperymentalny, nieinwazyjny interfejs mózgu – komputer, który jest przeznaczony do kontroli protezy wzmacniającej ciało i umożliwiającej różne sposoby chodzenia. Pracuje on w oparciu o technologię dynamicznej, okresowej sieci neuronowej. Równolegle prowadzone badania nad wzmocnieniem procesu elektromiografii (diagnostyka czynności elektrycznej mięśni i nerwów obwodowych) umożliwiły znaczący postęp nad kontrolą protezy. Rzeczywistość wirtualna stwarza środowisko treningu dla pacjenta, który uczy się w ten sposób kontrolować umysłem protezę. Trening w rzeczywistości wirtualnej dla optymalizacji całego procesu uczenia składa się z dwóch modułów – rozwojowego w bezpiecznym środowisku kontrolowanym przez personel medyczny oraz lekkiego, przenośnego modułu do treningu w domu. Proteza jest dostosowana do wieku i wielkości pacjenta, jest stabilna w sytuacjach dynamicznych i ma zaawansowany i komfortowy system połączenia z ciałem, umożliwia poruszanie się różnym rodzajami kroków. Rozwój projektu zakłada ciągłe doskonalenie stworzonych technologii, poprawę ich funkcjonowania w oparciu o testy kliniczne i naukowe metody. To pomoże zmierzyć dokładnie osiągi protezy w praktyce i osiągnąć optymalizację całego systemu umożlwiającą wdrożenie go do zastosowania komercyjnego. Ponadto modele testowe będą używane w codziennym życiu, aby zebrać maksymalną ilość danych. W tym wypadku nie chodzi tylko o dane techniczne, lecz także o interakcje z ludźmi w codziennych sytuacjach w przestrzeni publicznej. Dzięki temu wynalazkowi, osoby częściowo lub nawet całkowicie sparaliżowane znów będą mogły chodzić. Kontrolowany za pomocą myśli egzoszkielet Mindwalker ma już testy za sobą. W ich wyniku wiadomo, że najłatwiejszym do opanowania przez pacjentów sposobem kontrolowania egzoszkieletu jest używanie okularów, na których po obu stronach migają diody z różną częstotliwością. Gdy osoba skoncentruje się na lewej diodzie, egzoszkielet zacznie chodzić. Z kolei spojrzenie w prawą diodę spowoduje jego zatrzymanie. Wszystko to dzięki kaskowi z czujnikami encefalografii, który odczytuje sygnały z mózgu.
Osoba sparaliżowana od pasa w dół może sterować ruchem nóg poprzez przechylanie się. Dzięki czujnikowi, który jest umieszczony w dolnych częściach pleców użytkownika, przechylenie się w prawą stronę spowoduje ruch lewej nogi i na odwrót. Prace nad Mindwalkerem trwały przez trzy lata, a jego twórcy planują przeznaczyć kolejne pięć lat na jego udoskonalenie. Naukowcy chcą przede wszystkim pozbyć się okularów z diodami i przyspieszyć reakcję szkieletu. W trakcie badań odkryto, że kask wykrywał sygnały w mózgu jeszcze zanim egzoszkielet wykonywał krok. Egzoszkielet na użytkowniku przypomina robota, dlatego też planowane jest przerobienie urządzenia, aby było bardziej lekkie, poręczne, a jego ruchy były bardziej płynne. Wskazane też jest to ze względu na poprawienie interakcji z innymi ludźmi. Możliwe jest również połączenie całego Mindwalkera ze zwykłymi spodniami, które są noszone na co dzień.
Postęp technologiczny w zakresie budowy egzoszkieletów ma swoje podłoże w nieustannym wyścigu zbrojeń. Skonstruowany we Francji egzoszkielet rozwija możliwości protezy opisywanej powyżej. Będzie on wykorzystywany przez żołnierzy w celu zwiększenia ich wydolności fizycznej. Konstrukcja nazywa się Herkules i powstała w kooperacji kilku firm francuskich. Egzoszkielet jest zasilany z akumulatorów i umożliwia uniesienie ładunku do 100 kilogramów. Zrobotyzowana konstrukcja ma zasięg około 20 kilometrów lub 4 godziny marszu. Jak widać sfinansowany przez Unię Europejską projekt stwarza nie tylko szansę dla osób niepełnosprawnych, lecz także, a może przede wszystkim, dla armii. Przykładem intensywnego wykorzystywania idei sterowania myślą są zaawansowane prace wspomnianej już agencji DARPA, która przeznaczyła 7 mln dolarów na rozwój egzoszkieletu sterowanego myślą w kierunku kroczącego drona.
Miejmy nadzieję, że projekt Mindwalker wejdzie w fazę produkcji i będzie przełomem dla osób niepełnosprawnych i nie okaże się jedynie przykrywką finansowaną z unijnego budżetu na rzecz armii.
Dagmara Chłopicka
Nazwa skrócona:
MINDWALKER
Pełna nazwa projektu:
Protezy kontrolowane myślą i trening w rzeczywistości wirtualnej dla umożliwienia chodzenia
Partnerzy:
konsorcjum siedmiu ośrodków badawczych specjalizujących się w sieciach neuronowych i rzeczywistości wirtualnej
Koordynator:
Michel Ilzkovitz (Space Applications Services, Belgia)
Opiekun projektu:
Marion Le-Louarn
Finansowanie:
Komisja Europejska
Realizacja:
Program Seventh Framework
Program Roboczy:
ICT – Information and Communication Technology
Zakończenie:
31.12.2012 (przedłużenie o 5 miesięcy)
Czas trwania:
41 miesięcy
Dofinansowanie:
2 750 mln €
Celem projektu jest likwidacja wykluczeń społecznych powstałych na skutek ograniczenia poruszania się osób niepełnosprawnych. Aby osiągnąć likwidację barier na tym tle, zaprojektowano system wzmacniający niesprawne części ciała osób niepełnosprawnych, tak by mogły samodzielnie i jak najbardziej naturalnie uzyskać zdolność do codziennego poruszania się. W skład tego urządzenia, oprócz konstrukcji szkieletu zewnętrznego (egzoszkieletu), która trzyma ciało osoby niepełnosprawnej, wchodzi również specjalny kask i okulary, dzięki którym można kontrolować ruchy ciała.
W RAMACH PROJEKTU REALIZOWANE SA TRZY GŁÓWNE OBSZARY BADAWCZE:
1.Technologie BCI ( brain-computer interface) – interfejs pozwalający na bezpośrednią komunikację pomiędzy mózgiem a odpowiednim urządzeniem zewnętrznym. Celem badań nad interfejsem mózg–komputer jest usprawnienie lub naprawa ludzkich zmysłów albo czynności ruchowych. W komercyjnych celach technologia dostępna jest już np., jako zamienniki joysticków w grach symulacyjnych.
Rozwój tej technologii implikuje ważne etyczne, prawne i społeczne problemy związane z relacjami mózg–komputer. Jak choćby inwazyjność niektórych rozwiązań w układ nerwowy osoby chorej, uzyskanie świadomej zgody od osób, które mają trudności w komunikacji, stosunek ryzyka do korzyści, konsekwencje technologii BCI dla jakości życia chorych i ich rodzin, skutki uboczne, zagadnienia dotyczące osobowości i jej ewentualne zmiany, zastosowania terapeutyczne i ich możliwości przekroczenia, kwestie etyki badań, które powstają, gdy przechodzi się z doświadczeń na zwierzętach do zastosowania u ludzi, czytanie myśli i prywatność, kontrola umysłu, korzystanie z technologii w zaawansowanych technikach przesłuchań przez władze rządowe, selektywne wzmocnienie i rozwarstwienie społeczne, komunikacja z mediami.
2. Rzeczywistość wirtualna – obraz sztucznej rzeczywistości stworzony przy wykorzystaniu technologii informatycznej. Polega na multimedialnym kreowaniu komputerowej wizji przedmiotów, przestrzeni i zdarzeń. Niektóre symulacje zawierają środowisko wirtualne, w którym znajdują się wirtualne artefakty, które mogą być obsługiwane lub wchodzić w interakcje z użytkownikiem (najczęściej reprezentowanym przez awatara) przez różnego typu urządzenia wejścia–wyjścia. W niniejszym projekcie szukano rozwiązań w postaci kasków z czujnikami encefalografii. Część z tych urządzeń posiada mechanizmy wywołujące efekt zwrotny wobec użytkownika. Regularne przebywanie w środowisku wirtualnej rzeczywistości może powodować niepożądane reakcje organizmu. Stymulowanie impulsami wizualnymi 3D szczególnie przez dłuższy czas może powodować epilepsje, szczególnie, gdy doznania wzrokowe różnią się od grawitacyjnych. Ważnym aspektem pozostają również choroby stawów i kręgosłupa.
Aktualnie rzeczywistość wirtualna jest uzyskiwania głównie przez generowanie obrazów i efektów dźwiękowych. Trwają jednak intensywne prace nad stworzeniem symulacji dotyku. Realizuje je m.in. amerykańska agencja DARPA (Agencja Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych). Sfinansowała badania nad rozwojem protez, które pozwolą na odczuwanie dotyku tak jak w przypadku naturalnych kończyn. Technologia ma zostać wykorzystana w medycynie, mimo że agencja zajmuje się technologią wojskową. Grupa naukowców z Uniwersytetu w Chicago, prowadzona przez Slimana Bensmaia, przeprowadziła badania na małpach, podłączając elektrody do obszarów mózgu odpowiadających za ruch palców, aby dowiedzieć się, jaka występuje aktywność, gdy małpa dotyka lub podnosi przedmiot. Następnie naukowcy dotykali palce zwierząt urządzeniem, które powoduje nacisk oraz nagradzali je, gdy prawidłowo zidentyfikowały wzrokiem dotknięty palec. W kolejnej części badania uczeni wysyłali sztuczne sygnały do mózgów małp poprzez elektrody, a zwierzęta zachowywały się tak jak poprzednio – identyfikowały palce, które tak naprawdę nie były już dotykane. Zespół Bensmaia następnie wyćwiczył małpy, aby potrafiły rozróżnić siłę nacisku na ich palce oraz stworzył specjalny program komputerowy, aby generować ten sam rodzaj prądu elektrycznego, który prowadzi do odczucia nacisku. Również w tym przypadku zwierzęta zachowywały się tak jakby dotykały czegoś. Ostatnim celem uczonych było zbadanie sygnałów mózgu podczas dotyku. Gdy małpa trzymała przedmiot, mózg wykazywał nagły skok aktywności, który dotyczy również ściskania oraz każdego palca z osobna. Według naukowców, sygnały te mogą zostać przeprogramowane do sztucznej kończyny, które pozwolą na odczuwanie dotyku, jednak odbywałoby się to za pomocą elektrod, a nie poprzez komórki nerwowe, tak jak w przypadku naturalnych kończyn. Należy oczekiwać rozwoju tej metody także na kontynencie europejskim
3. Mechanika i kontrola egzoszkieletu. Egzoszkielet lub pancerz wspomagany – mocowana na zewnątrz ciała powłoka, której celem jest wzmocnienie siły mięśni użytkownika. Egzoszkielet może wzmacniać wszystkie partie mięśni lub tylko niektóre (np. sztuczne ramię). Poruszanie się w egzoszkielecie zależy od kilku czynników (właściwego dopasowania egzoszkieletu, odpowiedniego oprogramowania komputera sterującego, możliwości sterowania nim osoby z niego korzystającej). Za ruch urządzenia odpowiedzialny jest zazwyczaj system siłowników nadzorowany zazwyczaj poprzez sterownik w postaci komputera. Ze względu na niepełnosprawność osób, do których skierowany jest opisywany projekt w egzoszkielecie zastosowano czujniki żyroskopowe (informujące system o stanie równowagi, w jakim znajduje się dana osoba i wprowadzające do systemu ewentualne korekty mające na celu przywrócenie równowagi).
W Mindwalkerze zastosowano nowe, inteligentne czujniki encefalografii wykonane w suchej technologii. Są one przystosowane do stworzenia lekkiego kasku do codziennego użycia. Novell zaproponował eksperymentalny, nieinwazyjny interfejs mózgu – komputer, który jest przeznaczony do kontroli protezy wzmacniającej ciało i umożliwiającej różne sposoby chodzenia. Pracuje on w oparciu o technologię dynamicznej, okresowej sieci neuronowej. Równolegle prowadzone badania nad wzmocnieniem procesu elektromiografii (diagnostyka czynności elektrycznej mięśni i nerwów obwodowych) umożliwiły znaczący postęp nad kontrolą protezy. Rzeczywistość wirtualna stwarza środowisko treningu dla pacjenta, który uczy się w ten sposób kontrolować umysłem protezę. Trening w rzeczywistości wirtualnej dla optymalizacji całego procesu uczenia składa się z dwóch modułów – rozwojowego w bezpiecznym środowisku kontrolowanym przez personel medyczny oraz lekkiego, przenośnego modułu do treningu w domu. Proteza jest dostosowana do wieku i wielkości pacjenta, jest stabilna w sytuacjach dynamicznych i ma zaawansowany i komfortowy system połączenia z ciałem, umożliwia poruszanie się różnym rodzajami kroków. Rozwój projektu zakłada ciągłe doskonalenie stworzonych technologii, poprawę ich funkcjonowania w oparciu o testy kliniczne i naukowe metody. To pomoże zmierzyć dokładnie osiągi protezy w praktyce i osiągnąć optymalizację całego systemu umożlwiającą wdrożenie go do zastosowania komercyjnego. Ponadto modele testowe będą używane w codziennym życiu, aby zebrać maksymalną ilość danych. W tym wypadku nie chodzi tylko o dane techniczne, lecz także o interakcje z ludźmi w codziennych sytuacjach w przestrzeni publicznej. Dzięki temu wynalazkowi, osoby częściowo lub nawet całkowicie sparaliżowane znów będą mogły chodzić. Kontrolowany za pomocą myśli egzoszkielet Mindwalker ma już testy za sobą. W ich wyniku wiadomo, że najłatwiejszym do opanowania przez pacjentów sposobem kontrolowania egzoszkieletu jest używanie okularów, na których po obu stronach migają diody z różną częstotliwością. Gdy osoba skoncentruje się na lewej diodzie, egzoszkielet zacznie chodzić. Z kolei spojrzenie w prawą diodę spowoduje jego zatrzymanie. Wszystko to dzięki kaskowi z czujnikami encefalografii, który odczytuje sygnały z mózgu.
Osoba sparaliżowana od pasa w dół może sterować ruchem nóg poprzez przechylanie się. Dzięki czujnikowi, który jest umieszczony w dolnych częściach pleców użytkownika, przechylenie się w prawą stronę spowoduje ruch lewej nogi i na odwrót. Prace nad Mindwalkerem trwały przez trzy lata, a jego twórcy planują przeznaczyć kolejne pięć lat na jego udoskonalenie. Naukowcy chcą przede wszystkim pozbyć się okularów z diodami i przyspieszyć reakcję szkieletu. W trakcie badań odkryto, że kask wykrywał sygnały w mózgu jeszcze zanim egzoszkielet wykonywał krok. Egzoszkielet na użytkowniku przypomina robota, dlatego też planowane jest przerobienie urządzenia, aby było bardziej lekkie, poręczne, a jego ruchy były bardziej płynne. Wskazane też jest to ze względu na poprawienie interakcji z innymi ludźmi. Możliwe jest również połączenie całego Mindwalkera ze zwykłymi spodniami, które są noszone na co dzień.
Postęp technologiczny w zakresie budowy egzoszkieletów ma swoje podłoże w nieustannym wyścigu zbrojeń. Skonstruowany we Francji egzoszkielet rozwija możliwości protezy opisywanej powyżej. Będzie on wykorzystywany przez żołnierzy w celu zwiększenia ich wydolności fizycznej. Konstrukcja nazywa się Herkules i powstała w kooperacji kilku firm francuskich. Egzoszkielet jest zasilany z akumulatorów i umożliwia uniesienie ładunku do 100 kilogramów. Zrobotyzowana konstrukcja ma zasięg około 20 kilometrów lub 4 godziny marszu. Jak widać sfinansowany przez Unię Europejską projekt stwarza nie tylko szansę dla osób niepełnosprawnych, lecz także, a może przede wszystkim, dla armii. Przykładem intensywnego wykorzystywania idei sterowania myślą są zaawansowane prace wspomnianej już agencji DARPA, która przeznaczyła 7 mln dolarów na rozwój egzoszkieletu sterowanego myślą w kierunku kroczącego drona.
Miejmy nadzieję, że projekt Mindwalker wejdzie w fazę produkcji i będzie przełomem dla osób niepełnosprawnych i nie okaże się jedynie przykrywką finansowaną z unijnego budżetu na rzecz armii.
Dagmara Chłopicka
